DE102014115638B4 - Gas sensor element, gas sensor, and method for producing a gas sensor element - Google Patents

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Abstract

Gassensorelement (7, 207), aufweisend:einen im Wesentlichen rechteckigen Parallelepipedelementkörper (70, 270), der sich in einer Längsrichtung erstreckt und in oder an seinem vorderen Endbereich einen Erfassungsabschnitt (90) zur Erfassung eines bestimmten Gases, das in einem zu messenden Gas enthalten ist, aufweist; undeine poröse Schutzschicht (17), die auf eine solche Weise an einer vorderen Endfläche (127) und Seitenflächen (21, 23, 111, 113) des Elementkörpers (70, 270) bereitgestellt ist, dass sie wenigstens den Erfassungsabschnitt (90) bedeckt,wobei das Gassensorelement (7, 207) wenigstens einen Zwischenraum (18) aufweist, der gebildet ist, um den Elementkörper (70, 270) und die Schutzschicht (17) zu trennen, wobei der Zwischenraum (18) nur in einem vorderen Bereich (E1), der sich vor einer Stelle (19) an den Seitenflächen des Elementkörpers (70, 270) befindet, an der die Schutzschicht (17) ihre größte Dicke aufweist, bereitgestellt ist;wobei der Zwischenraum (18) so an wenigstens einem Eckpunkt von vier Eckpunkten (74) eines vorderen Endes des Elementkörpers (70, 270) gebildet ist, dass sich der Zwischenraum über drei Flächen des Elementkörpers (70, 270), die den Eckpunkt definieren, erstreckt; undwobei die Schutzschicht (17) mit wenigstens einem Abschnitt der vorderen Endfläche (127) in Kontakt steht, und mit wenigstens einem Abschnitt der vier Seitenflächen (21, 23, 111, 113) in dem vorderen Bereich in Kontakt steht.A gas sensor element (7, 207) comprising:a substantially rectangular parallelepiped element body (70, 270) extending in a longitudinal direction and having in or at its front end region a detection portion (90) for detecting a specific gas contained in a gas to be measured; anda porous protective layer (17) provided on a front end surface (127) and side surfaces (21, 23, 111, 113) of the element body (70, 270) in such a manner that it covers at least the detection portion (90),wherein the gas sensor element (7, 207) has at least one gap (18) formed to separate the element body (70, 270) and the protective layer (17), the gap (18) being provided only in a front region (E1) located in front of a location (19) on the side surfaces of the element body (70, 270) where the protective layer (17) has its greatest thickness;wherein the gap (18) is formed at at least one corner point of four corner points (74) of a front end of the element body (70, 270) in such a manner that the gap extends over three surfaces of the element body (70, 270) defining the corner point; andwherein the protective layer (17) is in contact with at least a portion of the front end surface (127), and is in contact with at least a portion of the four side surfaces (21, 23, 111, 113) in the front region.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gassensorelement zur Erfassung eines bestimmten Gases, das in einem zu messenden Gas enthalten ist, einen Gassensor, der das Gassensorelement aufweist, und ein Verfahren zur Herstellung des Gassensorelements.The present invention relates to a gas sensor element for detecting a specific gas contained in a gas to be measured, a gas sensor having the gas sensor element, and a method for manufacturing the gas sensor element.

Allgemeiner Stand der TechnikGeneral state of the art

Ein herkömmlich bekannter Gassensor, der ein Gassensorelement zur Erfassung eines bestimmten Gases, das in einem zu messenden Gas enthalten ist, aufweist, ist zum Beispiel ein Sauerstoffsensor, der in einen Abgasfließweg wie etwa ein Auspuffrohr eines Verbrennungsmotors eingebaut ist und bei der Steuerung der Verbrennung des Verbrennungsmotors durch Erfassen einer Sauerstoffkonzentration in dem Abgas benutzt wird. Der Sauerstoffsensor weist zum Beispiel ein röhrenförmiges Metallgehäuse und ein plattenartiges Gassensorelement, das in dem Metallgehäuse gehalten wird, auf.A conventionally known gas sensor having a gas sensor element for detecting a specific gas contained in a gas to be measured is, for example, an oxygen sensor which is installed in an exhaust gas flow path such as an exhaust pipe of an internal combustion engine and is used in controlling combustion of the internal combustion engine by detecting an oxygen concentration in the exhaust gas. The oxygen sensor has, for example, a tubular metal case and a plate-like gas sensor element held in the metal case.

Das Gassensorelement umfasst einen plattenartigen Elementkörper, der sich in der Längsrichtung erstreckt, und eine Schutzschicht, die aus einem porösen Material gebildet ist, auf der Oberfläche des Elementkörpers. Der Elementkörper umfasst einen Erfassungsabschnitt, der in seinem in der Längsrichtung vorderen Abschnitt bereitgestellt ist und zur Erfassung eines bestimmten Gases, das in einem zu messenden Gas enthalten ist, geeignet ist. Die Schutzschicht ist auf eine solche Weise in einem in der Längsrichtung vorderen Endabschnitt des Elementkörpers bereitgestellt, dass sie wenigstens den Erfassungsabschnitt bedeckt.The gas sensor element includes a plate-like element body extending in the longitudinal direction and a protective layer formed of a porous material on the surface of the element body. The element body includes a detection portion provided in its longitudinally front portion and capable of detecting a specific gas contained in a gas to be measured. The protective layer is provided in a longitudinally front end portion of the element body in such a manner as to cover at least the detection portion.

Die Schutzschicht ist zum Schutz des Elementkörpers bereitgestellt. Ein direktes Anhaften von kondensiertem Wasser kann den erhitzten Elementkörper durch einen Temperaturschock zerbrechen. Daher kann durch die Bereitstellung der Schutzschicht, um ein direktes Anhaften von kondensiertem Wasser oder dergleichen an dem Elementkörper zu unterdrücken, ein Brechen des Elementkörpers unterdrückt werden. Die Schutzschicht weist eine bestimmte Dicke auf, um zu gestatten, dass kondensiertes Wasser verdampft, bevor es den Elementkörper erreicht.The protective layer is provided to protect the element body. Direct adhesion of condensed water may break the heated element body by thermal shock. Therefore, by providing the protective layer to suppress direct adhesion of condensed water or the like to the element body, breakage of the element body can be suppressed. The protective layer has a certain thickness to allow condensed water to evaporate before it reaches the element body.

Ein bekanntes Verfahren zur Bildung der Schutzschicht des Gassensorelements ist ein Eintauchprozess, bei dem ein vorderer Endabschnitt des Elementkörpers in eine Aufschlämmung, die durch Mischen von Keramikpulver, Wasser und einem porenbildenden Mittel (zum Beispiel Kohlenstoffpulver) angefertigt wurde, eingetaucht wird; siehe das Patentdokument 1. Die auf den Elementkörper aufgebrachte Aufschlämmung wird einer Wärmebehandlung unterzogen und wird zu der Schutzschicht.A known method for forming the protective layer of the gas sensor element is an immersion process in which a front end portion of the element body is immersed in a slurry prepared by mixing ceramic powder, water, and a pore-forming agent (for example, carbon powder); see Patent Document 1. The slurry applied to the element body is subjected to heat treatment and becomes the protective layer.

Dokumente des Stands der TechnikState of the art documents

Patentdokument 1: Patentoffenlegungsschrift (kokai) JP 2003 - 322632 A1 . JP 2012 - 168030 A1 offenbart ein Gassensorelement und einen Gassensor. US 2012 / 0 297 861 A1 offenbart ein Gassensorelement und sein Herstellungsverfahren, sowie einen Gassensor, der das Gassensorelement verwendet.Patent Document 1: Patent Disclosure Document (kokai) JP 2003 - 322632 A1 . JP2012-168030A1 discloses a gas sensor element and a gas sensor. US 2012 / 0 297 861 A1 discloses a gas sensor element and its manufacturing method, as well as a gas sensor using the gas sensor element.

Kurzdarstellung der ErfindungBrief description of the invention

Doch der oben genannte Eintauchprozess ist mit dem folgenden Problem verbunden. Da die Dicke der Schutzschicht an bestimmten Stellen, insbesondere in der Nähe von vier Eckpunkten an dem vorderen Ende des Elementkörpers, abnimmt, muss das Eintauchen mehrere Male durchgeführt werden, um an diesen bestimmten Stellen eine ausreichende Dicke der Schutzschicht zu gewährleisten.However, the above dipping process involves the following problem. Since the thickness of the protective layer decreases at certain locations, especially near four corner points at the front end of the element body, dipping must be performed several times to ensure sufficient thickness of the protective layer at these certain locations.

Dabei verleiht das mehrmalige Eintauchen jenen Abschnitten der Schutzschicht, die durch ein einziges (einmaliges) Eintauchen eine ausreichende Dicke der Schutzschicht aufweisen könnten, eine übermäßige Dicke. Daher steigt das gesamte Volumen der Schutzschicht an, und nimmt entsprechend die Wärmekapazität der Schutzschicht zu, was zusammen mit einer Zunahme der Zeit, die für die Aktivierung des Sensorelements nötig ist, zu einem unnötigen Stromverbrauch durch ein Heizelement führt.The repeated immersion imparts excessive thickness to those sections of the protective layer that could have a sufficient thickness of the protective layer with a single (single) immersion. Therefore, the total volume of the protective layer increases and the heat capacity of the protective layer increases accordingly, which, together with an increase in the time required for the activation of the sensor element, leads to unnecessary power consumption by a heating element.

Eine vorstellbare Maßnahme, um dieses Problem zu lösen, ist der Einsatz eines Sprühprozesses, um die Aufschlämmung nach der Aufbringung der Aufschlämmung durch ein einziges Eintauchen mittels eines Zerstäubers auf jene bestimmten Stellen aufzubringen, an denen durch das einmalige Eintauchen keine ausreichende Dicke besteht.One conceivable measure to solve this problem is to use a spraying process to spray the slurry after application of the slurry by a single immersion using a atomizer to those specific areas where a single dip does not provide sufficient thickness.

Doch bei dem Sprühprozess besteht die Neigung zu einer Verschwendung der Aufschlämmung; da die Aufschlämmung in der Form eines Nebels aufgesprüht wird, tropft insbesondere ein Teil der Aufschlämmung ab, ohne auf den Elementkörper aufgebracht zu werden. Außerdem ist der Sprühprozess mit dem folgenden Problem verbunden: da die Sprühmenge pro Einheitszeit gering ist, und daher die Arbeitszeit für das Sprühen lang wird, werden die Schritte zur Bildung der Schutzschicht mühsam.However, the spraying process tends to cause waste of the slurry; in particular, since the slurry is sprayed in the form of a mist, part of the slurry drops off without being applied to the element body. In addition, the spraying process involves the following problem: since the spray amount per unit time is small and therefore the working time for spraying becomes long, the steps for forming the protective layer become troublesome.

Angesichts des obigen Problems ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gassensorelement bereitzustellen, dessen Schutzschicht eine geringere Wärmekapazität als eine durch einen Eintauchprozess gebildete herkömmliche Schutzschicht aufweist, und einen Gassensor, der das Gassensorelement aufweist, wie auch ein Verfahren zur Herstellung des Gassensorelements bereitzustellen.In view of the above problem, an object of the present invention is to provide a gas sensor element whose protective layer has a lower heat capacity than a conventional protective layer formed by an immersion process, and a gas sensor comprising the gas sensor element, as well as a method for manufacturing the gas sensor element.

Die vorliegende Erfindung stellt gemäß einer Ausführungsform ein Gassensorelement bereit, das einen rechteckigen Parallelepipedelementkörper und eine poröse Schutzschicht umfasst. Der Elementkörper erstreckt sich in einer Längsrichtung und weist in oder an seinem vorderen Endbereich einen Erfassungsabschnitt zur Erfassung eines bestimmten Gases (zum Beispiel eines Gasbestandteils), das in einem zu messenden Gas (zum Beispiel einem Gasgemisch) enthalten ist, auf. Die poröse Schutzschicht ist auf eine solche Weise auf oder an einer vorderen Endfläche und Seitenflächen des Elementkörpers bereitgestellt oder angeordnet, dass sie wenigstens den Erfassungsabschnitt bedeckt.The present invention, according to an embodiment, provides a gas sensor element comprising a rectangular parallelepiped element body and a porous protective layer. The element body extends in a longitudinal direction and has in or at its front end portion a detection portion for detecting a specific gas (for example, a gas component) contained in a gas to be measured (for example, a gas mixture). The porous protective layer is provided or arranged on or at a front end surface and side surfaces of the element body in such a manner as to cover at least the detection portion.

Das Gassensorelement weist wenigstens einen Zwischenraum auf, der gebildet ist, um den Elementkörper und die Schutzschicht zu trennen (zum Beispiel ist der wenigstens eine Zwischenraum zwischen dem Elementkörper und der Schutzschicht definiert), wobei der Zwischenraum nur in einem vorderen Bereich bereitgestellt ist, der sich vor der Stelle oder dem Ort an den Seitenflächen des Elementkörpers befindet, an der bzw. dem die Schutzschicht ihre größte Dicke aufweist.The gas sensor element has at least one gap formed to separate the element body and the protective layer (for example, the at least one gap is defined between the element body and the protective layer), the gap being provided only in a front region located in front of the location or place on the side surfaces of the element body where the protective layer has its greatest thickness.

Der Zwischenraum ist so an wenigstens einem Eckpunkt von vier Eckpunkten eines vorderen Endes des Elementkörpers bereitgestellt (zum Beispiel daran angrenzend eingerichtet), dass sich der Zwischenraum über drei Flächen des Elementkörpers, die den Eckpunkt definieren, erstreckt, und die Schutzschicht steht mit wenigstens einem Abschnitt der vorderen Endfläche in Kontakt, und steht mit wenigstens einem Abschnitt der vier Seitenflächen in dem vorderen Bereich in Kontakt.The gap is provided at (for example, arranged adjacent to) at least one corner point of four corner points of a front end of the element body such that the gap extends over three surfaces of the element body defining the corner point, and the protective layer is in contact with at least a portion of the front end surface and is in contact with at least a portion of the four side surfaces in the front region.

Bei dem so gestalteten Gassensorelement ist der Zwischenraum zum Trennen des Elementkörpers und der Schutzschicht so an dem Eckpunkt des vorderen Endes des Elementkörpers, an dem die Dicke der Schutzschicht wahrscheinlich gering werden wird, bereitgestellt, dass sich der Zwischenraum über drei Flächen des Elementkörpers, die den Eckpunkt definieren, erstreckt. Dadurch ist es selbst dann, wenn die Dicke der Schutzschicht in der Nähe des Eckpunkts gering ist, möglich, ein Brechen des Eckpunkts des vorderen Endes des Elementkörpers, das sich andernfalls aus einem Temperaturschock ergeben könnte, der von einem Anhaften von Wasser herrührt, zu unterdrücken. Dies liegt daran, dass der Zwischenraum, der an dem Eckpunkt bereitgestellt ist, kondensiertes Wasser, das an der Schutzschicht anhaftet, dazu bringt, unter Umgehung des Zwischenraums in die Schutzschicht einzudringen, wodurch verhindert wird, dass das kondensierte Wasser den Eckpunkt erreicht.In the gas sensor element thus constructed, the gap for separating the element body and the protective layer is provided at the corner point of the front end of the element body where the thickness of the protective layer is likely to become small so that the gap extends over three surfaces of the element body defining the corner point. Thereby, even if the thickness of the protective layer is small near the corner point, it is possible to suppress breakage of the corner point of the front end of the element body, which might otherwise result from a temperature shock resulting from adhesion of water. This is because the gap provided at the corner point causes condensed water adhering to the protective layer to penetrate into the protective layer bypassing the gap, thereby preventing the condensed water from reaching the corner point.

Das heißt, verglichen mit einer herkömmlichen Schutzschicht, die durch einen Eintauchprozess gebildet wird, kann die Dicke, und daher die Wärmekapazität, der Schutzschicht verringert werden.That is, compared with a conventional protective layer formed by an immersion process, the thickness, and therefore the heat capacity, of the protective layer can be reduced.

Außerdem ist der Zwischenraum nur in dem vorderen Bereich gebildet, der sich vor der Stelle oder dem Ort an den Seitenflächen des Elementkörpers befindet, an der bzw. dem die Schutzschicht ihre größte Dicke aufweist. Dank dieses Merkmals ist es möglich, zu verhindern, dass kondensiertes Wasser den Eckpunkt durch den Zwischenraum erreicht, und ist es auch möglich, eine Verschlechterung der Haftung zwischen der Schutzschicht und dem Elementkörper in einem Bereich, der sich hinter der Stelle an den Seitenflächen des Elementkörpers befindet, an der die Schutzschicht ihre größte Dicke aufweist, zu verhindern.In addition, the gap is formed only in the front region located in front of the point or location on the side surfaces of the element body where the protective layer has its greatest thickness. Thanks to this feature, it is possible to prevent condensed water from reaching the corner point through the gap, and it is also possible to prevent deterioration of the adhesion between the protective layer and the element body in a region located behind the point on the side surfaces of the element body where the protective layer has its greatest thickness.

Zudem steht die Schutzschicht mit wenigstens einem Abschnitt der vorderen Endfläche des Elementkörpers in Kontakt, und steht sie mit wenigstens einem Abschnitt der vier Seitenflächen in dem vorderen Bereich in Kontakt. Dadurch kann trotz des Umstands, dass der Zwischenraum, der auf eine solche Weise gebildet ist, dass er den Elementkörper und die Schutzschicht trennt, in dem vorderen Bereich bereitgestellt ist, eine Verschlechterung der Haftung zwischen der Schutzschicht und dem Elementkörper selbst in dem vorderen Bereich unterdrückt werden.In addition, the protective layer is in contact with at least a portion of the front end face of the element body, and is in contact with at least a portion of the four side faces in the front area. Thereby, despite the fact that the gap formed in such a manner as to separate the element body and the protective layer is provided in the front area, deterioration of the adhesion between the protective layer and the element body itself in the front region can be suppressed.

Somit kann die vorliegende Erfindung ein Gassensorelement bereitstellen, das eine Schutzschicht aufweist, deren Wärmekapazität geringer jene als einer durch einen Eintauchprozess gebildeten herkömmlichen Schutzschicht ist.Thus, the present invention can provide a gas sensor element having a protective layer whose heat capacity is lower than that of a conventional protective layer formed by an immersion process.

Der bei der vorliegenden Erfindung genannte „im Wesentlichen rechteckige Parallelepipedelementkörper“ umfasst nicht nur einen rechteckigen Parallelepipedelementkörper sondern auch einen Elementkörper in der Form eines rechteckigen Parallelepipeds, dessen Kanten abgeschrägt sind. Im Fall eines Elementkörpers mit abgeschrägten Kanten bezeichnen „vier Eckpunkten eines vorderen Endes des Elementkörpers“ Kammlinien, die durch die Abschrägungen und die vordere Endfläche definiert sind.The "substantially rectangular parallelepiped element body" referred to in the present invention includes not only a rectangular parallelepiped element body but also an element body in the shape of a rectangular parallelepiped whose edges are chamfered. In the case of an element body with chamfered edges, "four vertices of a front end of the element body" mean ridge lines defined by the chamfers and the front end surface.

Für die Bereitstellung des Zwischenraums besteht keine bestimmte Beschränkung, solange der Zwischenraum an wenigstens einem von vier Eckpunkten an dem vorderen Ende des Elementkörpers bereitgestellt ist. Der Zwischenraum kann an einem einzelnen Eckpunkt bereitgestellt sein, bzw. die Zwischenräume können an den vier Eckpunkten bereitgestellt sein. Darüber hinaus können die Zwischenräume in einer Eins-zu-Eins-Beziehung an den Eckpunkten bereitgestellt sein oder kann ein einzelner Zwischenraum über mehreren Eckpunkten hinweg bereitgestellt sein.There is no particular limitation on the provision of the gap as long as the gap is provided at at least one of four corner points at the front end of the element body. The gap may be provided at a single corner point, or the gaps may be provided at the four corner points. Moreover, the gaps may be provided in a one-to-one relationship at the corner points, or a single gap may be provided across multiple corner points.

Es genügt, wenn die Schutzschicht mit wenigstens einem Abschnitt der vorderen Endfläche des Elementkörpers in Kontakt steht. Daher kann die Schutzschicht mit einem Abschnitt der vorderen Endfläche in Kontakt stehen oder mit der gesamten vorderen Endfläche mit Ausnahme des Zwischenraums in Kontakt stehen.It is sufficient that the protective layer is in contact with at least a portion of the front end surface of the element body. Therefore, the protective layer may be in contact with a portion of the front end surface or may be in contact with the entire front end surface except for the gap.

Es genügt, wenn die Schutzschicht mit wenigstens einem Abschnitt der vier Seitenflächen in dem vorderen Bereich in Kontakt steht. Daher kann die Schutzschicht mit einer Seitenfläche in dem vorderen Bereich in Kontakt stehen oder mit jeder der vier Seitenflächen in dem vorderen Bereich in Kontakt stehen.It is sufficient if the protective layer is in contact with at least a portion of the four side surfaces in the front region. Therefore, the protective layer may be in contact with one side surface in the front region or may be in contact with each of the four side surfaces in the front region.

Bei dem oben beschriebenen Sensorelement kann die Schutzschicht mit wenigstens einem Abschnitt einer jeden der vier Seitenflächen in dem vorderen Bereich in Kontakt stehen.In the sensor element described above, the protective layer may be in contact with at least a portion of each of the four side surfaces in the front region.

Wenn die Schutzschicht mit wenigstens einem Abschnitt einer jeden der vier Seitenflächen in dem vorderen Bereich in Kontakt steht, ist es möglich, die Verschlechterung der Haftung zwischen der Schutzschicht und den Seitenflächen des Elementkörpers in dem vorderen Abschnitt noch weiter zu unterdrücken. Dadurch wird es noch unwahrscheinlicher, dass es zu einer Trennung der Schutzschicht von dem Elementkörper kommt.When the protective layer is in contact with at least a portion of each of the four side surfaces in the front portion, it is possible to further suppress deterioration of the adhesion between the protective layer and the side surfaces of the element body in the front portion. This makes it even less likely that the protective layer will separate from the element body.

Bei dem oben beschriebenen Gassensorelement kann der Elementkörper durch einen Abschnitt der vorderen Endfläche und Abschnitte der Seitenflächen in dem vorderen Endbereich mit der Schutzschicht in Kontakt stehen, wobei die gesamte Flächenausdehnung des Abschnitts der vorderen Endfläche und der Abschnitte der Seitenflächen die Hälfte der gesamten Flächenausdehnung der vorderen Endfläche und der Seitenflächen beträgt.In the gas sensor element described above, the element body may be in contact with the protective layer through a portion of the front end surface and portions of the side surfaces in the front end region, wherein the total surface area of the portion of the front end surface and the portions of the side surfaces is half of the total surface area of the front end surface and the side surfaces.

In diesem Fall kann in dem vorderen Endbereich eine ausreichend große Kontaktfläche zwischen dem Elementkörper und der Schutzschicht sichergestellt werden. Daher wird es noch unwahrscheinlicher, dass es zu einer Trennung der Schutzschicht von dem Elementkörper kommt.In this case, a sufficiently large contact area between the element body and the protective layer can be ensured in the front end region. Therefore, it becomes even less likely that the protective layer will separate from the element body.

Bei dem oben genannten Gassensorelement kann ein Zwischenraum an nur einem Eckpunkt bereitgestellt sein.In the above-mentioned gas sensor element, a gap may be provided at only one corner point.

Das heißt, da bei diesem Gassensorelement ein Zwischenraum an nur einem Eckpunkt bereitgestellt ist, ist kein einzelner Zwischenraum über mehrere Eckpunkte hinweg bereitgestellt. Daher ist es möglich zu verhindern, dass der Zwischenraum an der Außenfläche des vorderen Endbereichs des Elementkörpers einen übermäßig großen Bereich einnimmt, wodurch eine ausreichend große Kontaktfläche zwischen dem Elementkörper und der Schutzschicht sichergestellt wird.That is, in this gas sensor element, since a gap is provided at only one corner point, a single gap is not provided across multiple corner points. Therefore, it is possible to prevent the gap on the outer surface of the front end portion of the element body from occupying an excessively large area, thereby ensuring a sufficiently large contact area between the element body and the protective layer.

Da somit gemäß diesem Gassensorelement eine große Kontaktfläche zwischen dem Elementkörper und der Schutzschicht sichergestellt werden kann, kann die Trennung der Schutzschicht von dem Elementkörper noch weiter unterdrückt werden.Thus, according to this gas sensor element, since a large contact area between the element body and the protective layer can be ensured, the separation of the protective layer from the element body can be further suppressed.

Bei dem oben genannten Gassensorelement können mehrere (zum Beispiel wenigstens zwei) Zwischenräume bereitgestellt sein.In the above-mentioned gas sensor element, a plurality of (for example, at least two) gaps may be provided.

Falls mehrere Zwischenräume bereitgestellt sind, ist es möglich, zu verhindern, dass kondensiertes Wasser die mehreren Eckpunkte des Elementkörpers erreicht, wodurch ein Brechen des Elementkörpers, das sich andernfalls aus einem Temperaturschock ergeben könnte, der von einem Anhaften von Wasser herrührt, unterdrückt wird.If a plurality of gaps are provided, it is possible to prevent condensed water from reaching the plurality of corner points of the element body, thereby suppressing breakage of the element body that might otherwise result from a temperature shock resulting from water adhesion.

Insbesondere kann der Zwischenraum bei dem oben beschriebenen Gassensorelement an jedem von wenigstens zwei diagonal angeordneten Eckpunkten der vier Eckpunkte des vorderen Endes des Elementkörpers bereitgestellt sein.In particular, in the gas sensor element described above, the gap may be provided at each of at least two diagonally arranged corner points of the four corner points of the front end of the element body.

Bei dem oben genannten Gassensorelement kann die von dem Eckpunkt in der Breitenrichtung des Elementkörpers gemessene Höchstbreite des Zwischenraums kleiner als die Hälfte der Breite des Elementkörpers sein.In the above-mentioned gas sensor element, the maximum width of the gap measured from the corner point in the width direction of the element body may be smaller than half the width of the element body.

Falls die Höchstbreite des Zwischenraums kleiner als die Hälfte der Breite des Elementkörpers ist, ist es möglich, zu verhindern, dass der Zwischenraum an der Außenfläche des vorderen Bereichs des Elementkörpers einen übermäßig großen Bereich einnimmt, wodurch an der Außenfläche des Elementkörpers ein ausreichend großer Kontaktbereich sichergestellt wird, an dem der Elementkörper mit der Schutzschicht in Kontakt steht.If the maximum width of the gap is less than half the width of the element body, it is possible to prevent the gap from occupying an excessively large area on the outer surface of the front portion of the element body, thereby ensuring a sufficiently large contact area on the outer surface of the element body where the element body is in contact with the protective layer.

Bei dem oben genannten Gassensorelement kann die von dem Eckpunkt in der Dickenrichtung des Elementkörpers gemessene Höchstdicke des Zwischenraums kleiner als die Hälfte der Dicke des Elementkörpers sein.In the above-mentioned gas sensor element, the maximum thickness of the gap measured from the corner point in the thickness direction of the element body may be smaller than half the thickness of the element body.

Falls die Höchstdicke des Zwischenraums kleiner als die Hälfte der Dicke des Elementkörpers ist, ist es möglich, zu verhindern, dass der Zwischenraum an der Außenfläche des vorderen Bereichs des Elementkörpers einen übermäßig großen Bereich einnimmt, wodurch an der Außenfläche des Elementkörpers ein ausreichend großer Kontaktbereich sichergestellt wird, an dem der Elementkörper mit der Schutzschicht in Kontakt steht.If the maximum thickness of the gap is less than half the thickness of the element body, it is possible to prevent the gap from occupying an excessively large area on the outer surface of the front portion of the element body, thereby ensuring a sufficiently large contact area on the outer surface of the element body where the element body is in contact with the protective layer.

Als nächstes stellt die vorliegenden Erfindung gemäß einer Ausführungsform einen Gassensor bereit, der ein Gassensorelement nach einem der oben genannten Gassensorelemente umfasst, welches dazu geeignet ist, ein bestimmtes Gas, das in einem zu messenden Gas enthalten ist, zu erfassen.Next, according to an embodiment, the present invention provides a gas sensor comprising a gas sensor element according to any one of the above-mentioned gas sensor elements, which is capable of detecting a specific gas contained in a gas to be measured.

Der Gassensor umfasst ein beliebiges der oben genannten Gassensorelemente, bei dem einen Brechen der Eckpunkte des vorderen Endes des Elementkörpers, das sich andernfalls aus einem Temperaturschock infolge eines Anheftens von Wasser ergeben könnte, unterdrückt werden kann. Außerdem kann die Schutzschicht des Gassensorelements eine geringere Dicke als eine durch einen Eintauchprozess gebildete herkömmliche Schutzschicht aufweisen und daher weist sie eine geringere Wärmekapazität als die herkömmliche Schutzschicht auf.The gas sensor includes any of the above-mentioned gas sensor elements in which breakage of the corner points of the front end of the element body, which might otherwise result from a temperature shock due to adhesion of water, can be suppressed. In addition, the protective layer of the gas sensor element can have a smaller thickness than a conventional protective layer formed by an immersion process and therefore has a smaller heat capacity than the conventional protective layer.

Daher kann der Gassensor der vorliegenden Erfindung so gestaltet sein, dass er das Gassensorelement aufweist, dessen Schutzschicht eine geringere Wärmekapazität als eine herkömmliche Schutzschicht aufweist.Therefore, the gas sensor of the present invention can be designed to have the gas sensor element whose protective layer has a lower heat capacity than a conventional protective layer.

Als nächstes stellt die vorliegende Erfindung gemäß einer Ausführungsform ein Verfahren zur Herstellung eines Gassensorelements, umfassend einen im Wesentlichen rechteckigen Parallelepipedelementkörper, der sich in einer Längsrichtung erstreckt und in oder an seinem vorderen Endbereich einen Erfassungsabschnitt zur Erfassung eines bestimmten Gases, das in einem zu messenden Gas enthalten ist, aufweist, und eine poröse Schutzschicht, die auf eine solche Weise an einer vorderen Endflächen und Seitenflächen des Elementkörpers bereitgestellt ist, dass sie wenigstens den Erfassungsabschnitt bedeckt, bereit.Next, according to an embodiment, the present invention provides a method for manufacturing a gas sensor element comprising a substantially rectangular parallelepiped element body extending in a longitudinal direction and having in or at its front end portion a detection portion for detecting a specific gas contained in a gas to be measured, and a porous protective layer provided on a front end surface and side surfaces of the element body in such a manner as to cover at least the detection portion.

Das durch dieses Herstellungsverfahren hergestellte Gassensorelement weist wenigstens einen Zwischenraum auf, der gebildet ist, um den Elementkörper und die Schutzschicht zu trennen, wobei der Zwischenraum nur in einem vorderen Bereich bereitgestellt ist, der sich vor einer Stelle an den Seitenflächen des Elementkörpers befindet, an denen die Schutzschicht ihre größte Dicke aufweist. Der Zwischenraum ist so an wenigstens einem Eckpunkt von vier Eckpunkten eines vorderen Endes des Elementkörpers bereitgestellt, dass sich der Zwischenraum über drei Flächen des Elementkörpers, die den Eckpunkt definieren, erstreckt. Die Schutzschicht steht mit wenigstens einem Abschnitt der vorderen Endfläche in Kontakt, und steht mit wenigstens einem Abschnitt der vier Seitenflächen in dem vorderen Endbereich in Kontakt.The gas sensor element manufactured by this manufacturing method has at least one gap formed to separate the element body and the protective layer, the gap being provided only in a front region located in front of a location on the side surfaces of the element body where the protective layer has its greatest thickness. The gap is thus provided at at least one corner point of four corner points of a front end of the element body. that the gap extends over three surfaces of the element body defining the corner point. The protective layer is in contact with at least a portion of the front end surface, and is in contact with at least a portion of the four side surfaces in the front end region.

Das Verfahren zur Herstellung des Gassensorelements umfasst einen Lösemittelanordnungsschritt, um an einer Außenfläche des Elementkörpers in einem Bereich, in dem der Zwischenraum gebildet werden soll, ein flüchtiges Lösemittel anzuordnen, einen Schutzschichtbildungsschritt, um an dem Elementkörper, an dem das flüchtige Lösemittel zurückgeblieben ist, eine grüne Schutzschicht, die durch eine Wärmebehandlung zu der Schutzschicht werden soll, auf eine solche Weise zu bilden, dass sie wenigstens den Erfassungsabschnitt bedeckt, und einen Wärmebehandlungsschritt, um an dem Elementkörper, an dem die grüne Schutzschicht gebildet ist, eine Wärmebehandlung vorzunehmen, wodurch die Schutzschicht gebildet wird, wobei das flüchtige Lösemittel während eines Zeitraums von dem Beginn des Lösemittelanordnungsschritts bis zu dem Ende des Wärmebehandlungsschritts verflüchtigt wird, wodurch der Zwischenraum gebildet wird.The method of manufacturing the gas sensor element includes a solvent arranging step of arranging a volatile solvent on an outer surface of the element body in a region where the gap is to be formed, a protective layer forming step of forming, on the element body where the volatile solvent remains, a green protective layer to become the protective layer by heat treatment in such a manner as to cover at least the detection portion, and a heat treatment step of heat treating the element body where the green protective layer is formed, thereby forming the protective layer, wherein the volatile solvent is volatilized during a period from the start of the solvent arranging step to the end of the heat treatment step, thereby forming the gap.

Das heißt, der Zwischenraum kann im Verlauf einer Reihe der folgenden Schritte als Ergebnis einer Verflüchtigung des flüchtigen Lösemittels zwischen dem Elementkörper und der Schutzschicht gebildet werden: das flüchtige Lösemittel wird in einem Bereich, in dem der Zwischenraum gebildet werden soll, an der Außenfläche des Elementkörpers angeordnet; an dem Elementkörper, an dem das flüchtige Lösemittel zurückgeblieben ist, wird die grüne Schutzschicht gebildet; und an dem Elementkörper, an dem die grüne Schutzschicht gebildet ist, wird eine Wärmebehandlung vorgenommen, wodurch die Schutzschicht gebildet wird.That is, the gap can be formed as a result of volatilization of the volatile solvent between the element body and the protective layer through a series of the following steps: the volatile solvent is arranged in a region where the gap is to be formed on the outer surface of the element body; the green protective layer is formed on the element body where the volatile solvent remains; and heat treatment is performed on the element body where the green protective layer is formed, thereby forming the protective layer.

Durch das Verfahren zur Herstellung des Gassensorelements, das das flüchtige Lösemittel verwendet und den Lösemittelanordnungsschritt, den Schutzschichtbildungsschritt, und den Wärmebehandlungsschritt umfasst, kann das Gassensorelement, das zwischen dem Elementkörper und der Schutzschicht den Zwischenraum aufweist, leicht hergestellt werden.By the method for manufacturing the gas sensor element using the volatile solvent and comprising the solvent disposing step, the protective layer forming step, and the heat treatment step, the gas sensor element having the gap between the element body and the protective layer can be easily manufactured.

Wirkung der ErfindungEffect of the invention

Die vorliegende Erfindung kann ein Gassensorelement erbringen, dessen Schutzschicht eine geringere Wärmekapazität als eine durch einen Eintauchprozess gebildete herkömmliche Schutzschicht aufweist.The present invention can provide a gas sensor element whose protective layer has a lower heat capacity than a conventional protective layer formed by an immersion process.

Außerdem kann der Gassensor der vorliegenden Erfindung so gestaltet sein, dass er über das Gassensorelement, dessen Schutzschicht eine geringere Wärmekapazität als eine herkömmliche Schutzschicht aufweist, verfügt.Furthermore, the gas sensor of the present invention can be designed to have the gas sensor element whose protective layer has a lower heat capacity than a conventional protective layer.

Darüber hinaus kann das Verfahren zur Herstellung des Gassensorelements der vorliegenden Erfindung das Gassensorelement, das zwischen dem Elementkörper und der Schutzschicht den Zwischenraum aufweist und dessen Schutzschicht eine geringere Wärmekapazität als eine herkömmliche Schutzschicht aufweist, herstellen.Furthermore, the method for manufacturing the gas sensor element of the present invention can manufacture the gas sensor element having the gap between the element body and the protective layer and whose protective layer has a lower heat capacity than a conventional protective layer.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings

  • 1 veranschaulicht eine Schnittansicht eines Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensors nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entlang einer Achsenrichtung. 1 illustrates a sectional view of an air-fuel ratio sensor according to an embodiment of the present invention along an axial direction.
  • 2 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht, die ein Gassensorelement zeigt. 2 illustrates a perspective view showing a gas sensor element.
  • 3 veranschaulicht eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die das Gassensorelement zeigt. 3 illustrates an exploded perspective view showing the gas sensor element.
  • 4 veranschaulicht eine Schnittansicht des Gassensorelements entlang der Linie A-A in 2. 4 illustrates a sectional view of the gas sensor element along the line AA in 2 .
  • 5 veranschaulicht eine Schnittansicht des Gassensorelements entlang der Linie B-B in 4. 5 illustrates a sectional view of the gas sensor element along the line BB in 4 .
  • 6 veranschaulicht eine erklärende Ansicht im Hinblick auf ein Verfahren zur Herstellung von Grünkörpern der Gassensorelemente. 6 illustrates an explanatory view regarding a method for manufacturing green bodies of the gas sensor elements.
  • 7 veranschaulicht eine erklärende Ansicht, die das Gassensorelement in der Mitte der Herstellung zeigt. 7 illustrates an explanatory view showing the gas sensor element in the middle of manufacturing.
  • 8 veranschaulicht eine Ansicht, die Schritte zur Bildung einer grünen Schutzschicht zeigt. 8th illustrates a view showing steps for forming a green protective layer.
  • 9 veranschaulicht eine Schnittansicht, die ein Gassensorelement mit einem nicht abgeschrägten Elementkörper zeigt. 9 illustrates a sectional view showing a gas sensor element with a non-beveled element body.

Arten zur Ausführung der ErfindungWays to carry out the invention

Als nächstes werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben werden.Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

Die folgenden Ausführungsformen werden unter Bezugnahme auf einen Vollbereichs-Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor, der nachstehend lediglich als der Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor bezeichnet sein kann und bei dem es sich unter den Gassensoren um eine Art von Sauerstoffsensor handelt, beschrieben werden. Im Besonderen wird sich diese Beschreibung auf einen Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor zur Verwendung bei einer Rückkopplungssteuerung des Luft/Kraftstoffverhältnisses in einem Verbrennungsmotor beziehen, der an einem Auspuffrohr des Verbrennungsmotors angebracht ist und ein Gassensorelement (Erfassungselement) einsetzt, um ein bestimmtes Gas (Sauerstoff), das in einem zu messenden Gas, insbesondere Abgas, enthalten ist, zu messen.The following embodiments will be described with reference to a full-range air-fuel ratio sensor, which may hereinafter be referred to merely as the air-fuel ratio sensor, which is a type of oxygen sensor among gas sensors. In particular, this description will refer to an air-fuel ratio sensor for use in feedback control of the air-fuel ratio in an internal combustion engine, which is mounted on an exhaust pipe of the internal combustion engine and employs a gas sensor element (detecting element) to measure a specific gas (oxygen) contained in a gas to be measured, particularly exhaust gas.

1. Erste Ausführungsform1. First embodiment

1-1 Der Gesamtaufbau1-1 The overall structure

Der Gesamtaufbau eines Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensors, der ein Gassensorelement der vorliegenden Erfindung verwendet, wird unter Bezugnahme auf 1 beschrieben werden. 1 ist eine Schnittansicht, die den inneren Aufbau des Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensors zeigt.The overall structure of an air-fuel ratio sensor using a gas sensor element of the present invention will be described with reference to 1 to be discribed. 1 is a sectional view showing the internal structure of the air-fuel ratio sensor.

Wie in 1 gezeigt umfasst ein Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor 1 der vorliegenden Ausführungsform ein röhrenförmiges Metallgehäuse 5, an dessen Außenfläche ein Gewindeabschnitt 3 gebildet ist, der zur seiner Fixierung an einem Auspuffrohr geeignet ist; ein plattenartiges Gassensorelement 7, das sich in einer Achsenrichtung (einer Längsrichtung des Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensors 1, einer vertikalen Richtung in 1) erstreckt; eine röhrenförmige Keramikhülse 9, die auf eine solche Weise angeordnet ist, dass sie das Gassensorelement 7 radial umgibt; ein isolierendes Kontaktelement 13 (einen Separator 13), das eine Einsetzöffnung aufweist, die sich in der Achsenrichtung hindurch erstreckt, und die so angeordnet ist, dass die Innenwandfläche der Einsetzöffnung 11 einen hinteren Endabschnitt des Gassensorelements 7 umgibt; und fünf Anschlussklemmen 15 (2 zeigt nur zwei davon), die zwischen dem Gassensorelement 7 und dem Separator 13 angeordnet sind.As in 1 As shown, an air-fuel ratio sensor 1 of the present embodiment comprises a tubular metal casing 5 on the outer surface of which a threaded portion 3 is formed, which is suitable for its fixation to an exhaust pipe; a plate-like gas sensor element 7 extending in an axial direction (a longitudinal direction of the air-fuel ratio sensor 1, a vertical direction in 1 ); a tubular ceramic sleeve 9 arranged in such a manner as to radially surround the gas sensor element 7; an insulating contact member 13 (a separator 13) having an insertion hole extending therethrough in the axial direction and arranged such that the inner wall surface of the insertion hole 11 surrounds a rear end portion of the gas sensor element 7; and five connection terminals 15 ( 2 shows only two of them), which are arranged between the gas sensor element 7 and the separator 13.

Wie später ausführlich beschrieben werden wird, umfasst das Gassensorelement 7 einen rechteckigen Parallelepipedelementkörper 70, der sich in der Längsrichtung erstreckt, und eine poröse Schutzschicht 17, die einen vorderen Endabschnitt des Elementkörpers 70 bedeckt. Der Elementkörper 70 weist einen Erfassungsabschnitt 90 auf, der in seinem vorderen Endbereich bereitgestellt ist und zur Erfassung eines bestimmten Gases, das in einem zu messenden Gas enthalten ist, geeignet ist. Außerdem weist das Gassensorelement 7 Elektrodenanschlussflächen 25, 27, 29, 31, und 33 auf, die an der Außenfläche seines hinteren Endabschnitts (eines oberen Endabschnitts in 1, eines in der Längsrichtung hinteren Endabschnitts) gebildet sind, insbesondere an einer ersten Hauptfläche 21 und einer zweiten Hauptfläche 23 des hinteren Endabschnitts (siehe 2 und 3 für Einzelheiten).As will be described later in detail, the gas sensor element 7 includes a rectangular parallelepiped element body 70 extending in the longitudinal direction and a porous protective layer 17 covering a front end portion of the element body 70. The element body 70 has a detection portion 90 provided in its front end region and adapted to detect a specific gas contained in a gas to be measured. In addition, the gas sensor element 7 has electrode pads 25, 27, 29, 31, and 33 provided on the outer surface of its rear end portion (an upper end portion in 1 , a longitudinally rear end portion), in particular on a first main surface 21 and a second main surface 23 of the rear end portion (see 2 and 3 for details).

Die Anschlussklemmen 15 sind elektrisch mit den Elektrodenanschlussflächen 25, 27, 29, 31 bzw. 33 des Gassensorelements 7 verbunden und sind auch elektrisch mit entsprechenden Leitungsdrähten 35, die sich von außen her in den Sensor erstrecken, verbunden, wodurch elektrische Strompfade gebildet werden, durch die elektrischer Strom zwischen einer externen Vorrichtung, die an die Leitungsdrähte 35 angeschlossen ist, und den Elektrodenanschlussflächen 25, 27, 29, 31, und 33 fließt.The connection terminals 15 are electrically connected to the electrode pads 25, 27, 29, 31, and 33 of the gas sensor element 7, respectively, and are also electrically connected to corresponding lead wires 35 extending from the outside into the sensor, thereby forming electric current paths through which electric current flows between an external device connected to the lead wires 35 and the electrode pads 25, 27, 29, 31, and 33.

Das Metallgehäuse 5 weist eine im Wesentlichen röhrenförmige Form auf und ist so gestaltet, dass er eine Durchgangsöffnung 37, die sich in der Achsenrichtung hindurch erstreckt, und einen Absatz 39, der von der Wandfläche der Durchgangsöffnung 37 radial einwärts vorspringt, aufweist. Das Metallgehäuse 5 hält das durch die Durchgangsöffnung 37 eingesetzte Gassensorelement 7 auf eine solche Weise, dass der Erfassungsabschnitt 90 vor dem vorderen Ende der Durchgangsöffnung 37 angeordnet ist, während die Elektrodenanschlussflächen 25, 27, 29, 31, und 33 hinter dem hinteren Ende der Durchgangsöffnung 37 angeordnet sind.The metal case 5 has a substantially tubular shape and is designed to have a through hole 37 extending therethrough in the axial direction and a step 39 projecting radially inward from the wall surface of the through hole 37. The metal case 5 holds the gas sensor element 7 inserted through the through hole 37 in such a manner that the detection portion 90 is disposed in front of the front end of the through hole 37 while the electrode pads 25, 27, 29, 31, and 33 are disposed behind the rear end of the through hole 37.

Außerdem sind in der Durchgangsöffnung 37 des Metallgehäuses 5 ein ringförmiger Keramikhalter 41, ein Talkring 43, ein Talkring 45 und die Keramikhülse 9 auf eine solche Weise in dieser Reihenfolge nach hinten gerichtet gestapelt, dass sie das Gassensorelement 7 radial umgeben.In addition, in the through hole 37 of the metal case 5, an annular ceramic holder 41, a talc ring 43, a talc ring 45 and the ceramic sleeve 9 are stacked in this order toward the rear in such a manner as to radially surround the gas sensor element 7.

Eine Quetschdichtung 49 ist zwischen der Keramikhülse 9 und einem hinteren Endabschnitt 47 des Metallgehäuses 5 angeordnet, während ein Metallhalter 51 zum Halten des Talkrings 43 und des Keramikhalters 41 zwischen dem Keramikhalter 41 und dem Absatz 39 des Metallgehäuses 5 angeordnet ist. Der hintere Endabschnitt 47 des Metallgehäuses 5 ist auf eine solche Weise gecrimpt, dass die Keramikhülse 9 durch die Quetschdichtung 49 nach vorne gepresst wird.A crimp seal 49 is disposed between the ceramic sleeve 9 and a rear end portion 47 of the metal housing 5, while a metal holder 51 for holding the talc ring 43 and the ceramic holder 41 is disposed between the ceramic holder 41 and the shoulder 39 of the metal housing 5. The rear end portion 47 of the metal housing 5 is crimped in such a manner that the ceramic sleeve 9 is pressed forward by the crimp seal 49.

Darüber hinaus ist eine Schutzeinrichtung 55, die aus Metall (z.B. Edelstahl) besteht und einen Doppelaufbau aufweist, zum Beispiel durch Schweißen an dem Außenumfang eines vorderen Endabschnitts 53 des Metallgehäuses 5 angebracht und deckt sie einen vorspringenden Abschnitt des Gassensorelements 7 ab.In addition, a protector 55 made of metal (e.g., stainless steel) and having a double structure is attached, for example, by welding, to the outer periphery of a front end portion 53 of the metal case 5 and covers a projecting portion of the gas sensor element 7.

Andererseits ist ein Außenrohr 57 an dem Außenumfang eines hinteren Abschnitts des Metallgehäuses 5 fixiert. Eine Durchführung 61, worin Leitungsdrahteinsetzöffnungen 59 gebildet sind, ist in einer hinteren Öffnung des Außenrohrs 57 angeordnet, und die fünf Leitungsdrähte 35 (1 zeigt drei davon) sind durch die jeweiligen Leitungsdrahteinsetzöffnungen 59 eingesetzt und elektrisch mit den Elektrodenanschlussflächen 25, 27, 29, 31 bzw. 33 verbunden.On the other hand, an outer tube 57 is fixed to the outer periphery of a rear portion of the metal case 5. A bushing 61 in which lead wire insertion holes 59 are formed is arranged in a rear opening of the outer tube 57, and the five lead wires 35 ( 1 shows three of them) are inserted through the respective lead wire insertion holes 59 and electrically connected to the electrode pads 25, 27, 29, 31, and 33, respectively.

Der Separator 13 weist einen Kragenabschnitt 63 auf, der an seinem Außenumfang gebildet ist, und der Kragenabschnitt 63 ist durch ein Halteelement 65 an dem Außenrohr 57 fixiert.The separator 13 has a collar portion 63 formed on its outer periphery, and the collar portion 63 is fixed to the outer tube 57 by a holding member 65.

1-2. Der Aufbau des Gassensorelements1-2. The structure of the gas sensor element

Als nächstes wird der Aufbau des Gassensorelements 7, der ein wesentliches Element der vorliegenden Ausführungsform ist, unter Bezugnahme auf 2 bis 5 ausführlich beschrieben werden.Next, the structure of the gas sensor element 7, which is an essential element of the present embodiment, will be described with reference to 2 to 5 be described in detail.

2 ist eine perspektivische Ansicht, die das Aussehen des Gassensorelements 7 zeigt. 2 is a perspective view showing the appearance of the gas sensor element 7.

Wie in 2 gezeigt ist das Gassensorelement 7 ein längliches Plattenelement, das sich in der Längsrichtung (der Richtung der Y-Achse) erstreckt. In 2 entspricht die Längsrichtung der Achsenrichtung des Gassensors. Außerdem ist in 2 eine Z-AchsenRichtung eine Dickenrichtung, die senkrecht zu der Längsrichtung verläuft, und ist eine X-Achsen-Richtung eine Breitenrichtung, die senkrecht zu der Längsrichtung und zu der Dickenrichtung verläuft.As in 2 shown, the gas sensor element 7 is an elongated plate element extending in the longitudinal direction (the direction of the Y-axis). In 2 the longitudinal direction corresponds to the axial direction of the gas sensor. In addition, 2 a Z-axis direction is a thickness direction perpendicular to the longitudinal direction, and an X-axis direction is a width direction perpendicular to the longitudinal direction and the thickness direction.

Das Gassensorelement 7 umfasst einen rechteckigen Parallelepipedelementkörper 70, der sich in der Längsrichtung erstreckt, und die poröse Schutzschicht 17, die einen vorderen Endabschnitt (einen unteren Endabschnitt in 2) des Elementkörpers 70 bedeckt. Der Elementkörper 70 ist so gestaltet, dass ein plattenartiges Element 71, das sich in der Längsrichtung erstreckt, und ein plattenartiges Heizelement 73, das sich in der Längsrichtung erstreckt, aneinander geschichtet bzw. laminiert sind. Der Elementkörper 70 weist den Erfassungsabschnitt 90 auf, der an oder in seinem vorderen Endbereich bereitgestellt ist und zur Erfassung eines bestimmten Gases, das in dem zu messenden Gas enthalten ist, geeignet ist. Die Schutzschicht 17 ist auf eine solche Weise an einer vorderen Endfläche 127 und Seitenflächen (der ersten Hauptfläche 21, der zweiten Hauptfläche 23, einer ersten Seitenfläche 111, und einer zweiten Seitenfläche 113) des Elementkörpers 70 bereitgestellt, dass sie wenigstens den Erfassungsabschnitt 90 bedeckt.The gas sensor element 7 includes a rectangular parallelepiped element body 70 extending in the longitudinal direction and the porous protective layer 17 having a front end portion (a lower end portion in 2 ) of the element body 70. The element body 70 is configured such that a plate-like member 71 extending in the longitudinal direction and a plate-like heating element 73 extending in the longitudinal direction are laminated together. The element body 70 has the detection portion 90 provided at or in its front end region and capable of detecting a specific gas contained in the gas to be measured. The protective layer 17 is provided on a front end surface 127 and side surfaces (the first main surface 21, the second main surface 23, a first side surface 111, and a second side surface 113) of the element body 70 in such a manner as to cover at least the detection portion 90.

3 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die das Gassensorelement 7 zeigt. 3 verzichtet auf die Darstellung der Schutzschicht 17 wie auch einer ersten längsseitigen Abschrägung 121, einer zweiten längsseitigen Abschrägung 122, einer dritten längsseitigen Abschrägung 123, und einer vierten längsseitigen Abschrägung 124, die später beschrieben werden. 3 is an exploded perspective view showing the gas sensor element 7. 3 omits the illustration of the protective layer 17 as well as a first longitudinal bevel 121, a second longitudinal bevel 122, a third longitudinal bevel 123, and a fourth longitudinal bevel 124, which will be described later.

Wie in 3 in einem auseinandergezogenen Zustand gezeigt umfasst der Elementkörper 70 des Gassensorelements 7 das plattenartige Element 71, das in einer Schichtungsrichtung bzw. Laminiereungsrichtung an einer Seite (der oberen Seite in 3) angeordnet ist und sich in der Längsrichtung erstreckt, und das plattenartige Heizelement 73, das an einer zu dem Element 71 entgegengesetzten Seite (der Rückseite) angeordnet ist und sich in der Längsrichtung erstreckt.As in 3 shown in an exploded state, the element body 70 of the gas sensor element 7 comprises the plate-like element 71 which is laminated in a lamination direction on one side (the upper side in 3 ) and extending in the longitudinal direction, and the plate-like heating element 73 which is arranged on an opposite side (the back side) to the element 71 and extending in the longitudinal direction.

Das Element 71 umfasst eine Sauerstoffkonzentrationszelle 81, die so gestaltet ist, dass poröse Elektroden 77 und 79 an jeweiligen entgegengesetzten Seiten eines Festelektrolytkörpers 75 gebildet sind; eine Sauerstoffpumpenzelle 89, die so gestaltet ist, dass poröse Elektroden 85 und 87 an jeweiligen entgegengesetzten Seiten eines Festelektrolytkörpers 83 gebildet sind; und einen isolierenden Abstandshalter 93, der zwischen die beiden Zellen 81 und 89 geschichtet bzw. laminiert ist und worin eine hohle Gasmesskammer 91 gebildet ist. Die Festelektrolytkörper 75 und 83 sind aus Zirkoniumoxid, das Yttriumoxid als Stabilisator in einer Festlösung enthält, gebildet und die porösen Elektroden 77, 79, 85, und 87 sind hauptsächlich aus Pt gebildet.The element 71 includes an oxygen concentration cell 81 configured such that porous electrodes 77 and 79 are formed on respective opposite sides of a solid electrolyte body 75; an oxygen pump cell 89 configured such that porous electrodes 85 and 87 are formed on respective opposite sides of a solid electrolyte body 83; and an insulating spacer 93 laminated between the two cells 81 and 89 and in which a hollow gas measuring chamber 91 is formed. The solid electrolyte bodies 75 and 83 are formed of zirconia containing yttria as a stabilizer in a solid solution, and the porous electrodes 77, 79, 85, and 87 are formed mainly of Pt.

Der isolierende Abstandshalter 93, in dem die Gasmesskammer 91 gebildet ist, ist hauptsächlich aus Aluminiumoxid gebildet. Die poröse Elektrode 77 der Sauerstoffkonzentrationszelle 81 und die poröse Elektrode 87 der Sauerstoffpumpenzelle 89 sind auf eine solche Weise angeordnet, dass sie zu der hohlen Gasmesskammer 91 hin freiliegen.The insulating spacer 93 in which the gas measuring chamber 91 is formed is mainly made of alumina. The porous electrode 77 of the oxygen concentration cell 81 and the porous electrode 87 of the oxygen pump cell 89 are arranged in such a manner as to be exposed to the hollow gas measuring chamber 91.

Das Element 71 weist zwei Gaseinlässe 94 auf, die in jeweiligen Seiten davon (Seiten des isolierenden Abstandshalters 93) gebildet sind. Die Gaseinlässe 94 dienen als Einlässe für Abgas (das zu messende Gas) und stehen mit der Gasmesskammer 91 in Verbindung. In jeweiligen Pfaden, die sich von den beiden Gaseinlässen 94 zu der Gasmesskammer 91 erstrecken, sind Diffusionssteuerabschnitte 95 gebildet. Die Diffusionssteuerabschnitte 95 sind poröse Körper, die zum Beispiel aus Aluminiumoxid gebildet sind, und steuern die Diffusion des zu messenden Gases, das in die Gasmesskammer 91 strömt. Die Diffusionssteuerabschnitte 95 liegen von den Gaseinlässen 94 teilweise frei.The member 71 has two gas inlets 94 formed in respective sides thereof (sides of the insulating spacer 93). The gas inlets 94 serve as inlets for exhaust gas (the gas to be measured) and communicate with the gas measuring chamber 91. In respective paths extending from the two gas inlets 94 to the gas measuring chamber 91, diffusion control portions 95 are formed. The diffusion control portions 95 are porous bodies formed of, for example, alumina, and control the diffusion of the gas to be measured flowing into the gas measuring chamber 91. The diffusion control portions 95 are partially exposed from the gas inlets 94.

Das heißt, in dem Gassensorelement 7 sind die Gaseinlässe 94 in den äußersten Flächen des Elementkörpers 70 gebildet und sind sie in zwei unterschiedliche Richtungen gewandt, und liegen die Diffusionssteuerabschnitte 95 in den beiden unterschiedlichen Richtungen frei.That is, in the gas sensor element 7, the gas inlets 94 are formed in the outermost surfaces of the element body 70 and face in two different directions, and the diffusion control portions 95 are exposed in the two different directions.

Darüber hinaus ist ein isolierendes Substrat 97, das hauptsächlich aus Aluminiumoxid gebildet ist, auf die Seite der ersten Hauptfläche 21 (die obere Seite in 3) des Elements 71 geschichtet. Das isolierende Substrat 97 weist einen darin eingebetteten Lüftungsabschnitt 99 auf, und der Lüftungsabschnitt 99 ist ähnlich wie im Fall der Diffusionssteuerabschnitte 95 ein poröser Körper. Der Lüftungsabschnitt 99 gestattet, dass die poröse Elektrode 85 der Sauerstoffpumpenzelle 89 dem zu messenden Gas ausgesetzt wird.In addition, an insulating substrate 97 formed mainly of aluminum oxide is deposited on the side of the first main surface 21 (the upper side in 3 ) of the element 71. The insulating substrate 97 has a vent portion 99 embedded therein, and the vent portion 99 is a porous body similarly to the case of the diffusion control portions 95. The vent portion 99 allows the porous electrode 85 of the oxygen pump cell 89 to be exposed to the gas to be measured.

Die Gasmesskammer 91 befindet sich in einem vorderen Endbereich (einem linken Endbereich in 3) des Elementkörpers 70. Unter Bezugnahme auf die Längsrichtung des Elements 71 bilden ein Bereich, in dem die Gasmesskammer 91 gebildet ist, und ein Bereich, der sich vor der Gasmesskammer 91 befindet, den Erfassungsabschnitt 90 zur Erfassung von Sauerstoff.The gas measuring chamber 91 is located in a front end area (a left end area in 3 ) of the element body 70. Referring to the longitudinal direction of the element 71, a region in which the gas measuring chamber 91 is formed and a region located in front of the gas measuring chamber 91 constitute the detection section 90 for detecting oxygen.

Andererseits ist das Heizelement 73 so gebildet, dass ein wärmeerzeugendes Widerstandsmuster 105, das hauptsächlich aus Pt gebildet ist, zwischen isolierende Substrate 101 und 103, die hauptsächlich aus Aluminiumoxid gebildet sind, eingefügt ist.On the other hand, the heating element 73 is formed such that a heat generating resistor pattern 105 mainly made of Pt is interposed between insulating substrates 101 and 103 mainly made of alumina.

Das Gassensorelemente 7 hat drei Elektrodenanschlussflächen 25, 27, und 29, diean einem hinteren Endabschnitt (einem rechten Endabschnitt in 3) der ersten Hauptfläche 21 gebildet sind, und die beiden Elektrodenanschlussflächen 31 und 33, die an einem hinteren Endabschnitt der zweiten Hauptfläche 23 gebildet sind.The gas sensor element 7 has three electrode pads 25, 27, and 29 formed at a rear end portion (a right end portion in 3 ) of the first main surface 21, and the two electrode terminal surfaces 31 and 33 formed at a rear end portion of the second main surface 23.

Wie in 3 gezeigt, ist die an der ersten Hauptfläche 21 gebildete Elektrodenanschlussfläche 29 (die rechte Elektrodenanschlussfläche in 2) durch eine Durchgangsöffnung 161, die in dem isolierenden Substrat 97 bereitgestellt ist, eine Durchgangsöffnung 165, die in dem Festelektrolytkörper 83 bereitgestellt ist, und eine Durchgangsöffnung 171, die in dem isolierenden Abstandshalter 93 bereitgestellt ist, elektrisch mit der porösen Elektrode 77 der Sauerstoffkonzentrationszelle 81, die zu der Gasmesskammer 91 freiliegt, verbunden. Die Elektrodenanschlussfläche 29 ist durch die Durchgangsöffnung 161, die in dem isolierenden Substrat 97 bereitgestellt ist, und die Durchgangsöffnung 165, die in dem Festelektrolytkörper 83 bereitgestellt ist, auch elektrisch mit der porösen Elektrode 87 der Sauerstoffpumpenzelle 89, die zu der Gasmesskammer 91 freiliegt, verbunden. Somit sind die poröse Elektrode 77 und die poröse Elektrode 87 elektrisch miteinander verbunden und weisen sie daher das gleiche elektrische Potential auf.As in 3 shown, the electrode pad 29 formed on the first main surface 21 (the right electrode pad in 2 ) is electrically connected to the porous electrode 77 of the oxygen concentration cell 81 exposed to the gas measuring chamber 91 through a through hole 161 provided in the insulating substrate 97, a through hole 165 provided in the solid electrolyte body 83, and a through hole 171 provided in the insulating spacer 93. The electrode pad 29 is also electrically connected to the porous electrode 87 of the oxygen pump cell 89 exposed to the gas measuring chamber 91 through the through hole 161 provided in the insulating substrate 97 and the through hole 165 provided in the solid electrolyte body 83. Thus, the porous electrode 77 and the porous electrode 87 are electrically connected to each other and therefore have the same electric potential.

Außerdem ist wie in 3 gezeigt eine andere Elektrodenanschlussfläche 27 (die mittlere Elektrodenanschlussfläche in 2) durch eine Durchgangsöffnung 162, die in dem isolierenden Substrat 97 bereitgestellt ist, eine Durchgangsöffnung 166, die in dem Festelektrolytkörper 83 bereitgestellt ist, eine Durchgangsöffnung 172, die in dem isolierenden Abstandshalter 93 bereitgestellt ist, und eine Durchgangsöffnung 176, die in dem Festelektrolytkörper 75 bereitgestellt ist, elektrisch mit der anderen porösen Elektrode 79 der Sauerstoffkonzentrationszelle 81 verbunden. Darüber hinaus ist wie in 3 gezeigt eine weitere Elektrodenanschlussfläche 25 (die linke Elektrodenanschlussfläche in 2) durch eine Durchgangsöffnung 163, die in dem isolierenden Substrat 97 bereitgestellt ist, elektrisch mit der anderen porösen Elektrode 85 der Sauerstoffpumpenzelle 89 verbunden.In addition, as in 3 shown another electrode pad 27 (the middle electrode pad in 2 ) through a through hole 162 provided in the insulating substrate 97, a through hole 166 provided in the solid electrolyte body 83, a through through hole 172 provided in the insulating spacer 93 and through hole 176 provided in the solid electrolyte body 75, electrically connected to the other porous electrode 79 of the oxygen concentration cell 81. In addition, as shown in 3 shown a further electrode connection surface 25 (the left electrode connection surface in 2 ) is electrically connected to the other porous electrode 85 of the oxygen pump cell 89 through a through hole 163 provided in the insulating substrate 97.

Außerdem sind wie in 3 gezeigt die Elektrodenanschlussflächen 31 und 33 durch Durchgangsöffnungen 181 bzw. 182, die in dem isolierenden Substrat 103 gebildet sind, mit jeweiligen entgegengesetzten Enden des wärmeerzeugenden Widerstandsmusters 105 verbunden.In addition, as in 3 As shown, the electrode pads 31 and 33 are connected to respective opposite ends of the heat-generating resistor pattern 105 through through holes 181 and 182 formed in the insulating substrate 103, respectively.

Da das so gestaltete Gassensorelement 7 unter erneuter Bezugnahme auf 2 ein längliches, im Wesentlichen rechteckiges Parallelepipedplattenelement ist, weist es vier Kanten (Längskammlinien) H1, H2, H3, und H4 auf, die sich in seiner Längsrichtung (Y-Achsen-Richtung in 2) erstrecken.Since the gas sensor element 7 designed in this way, with reference again to 2 is an elongated, substantially rectangular parallelepiped plate element, it has four edges (longitudinal ridge lines) H1, H2, H3, and H4 extending in its longitudinal direction (Y-axis direction in 2 ).

Genauer weist das Gassensorelement 7 vier Außenwände auf, die sich in seiner Längsrichtung erstrecken; d.h., die erste Hauptfläche 21 und die zweite Hauptfläche 23, und die erste Seitenfläche 111 und die zweite Seitenfläche 113 in Kontakt mit der ersten Hauptfläche 21 und der zweiten Hauptfläche 23. Außerdem weist das Gassensorelement 7 die erste Kante H1, die eine Kammlinie zwischen der ersten Hauptfläche 21 und der ersten Seitenfläche 111 ist; die zweite Kante H2, die eine Kammlinie zwischen der ersten Hauptfläche 21 und der zweiten Seitenfläche 113 ist; die dritte Kante H3, die eine Kammlinie zwischen der zweiten Hauptfläche 23 und der zweiten Seitenfläche 113 ist; und die vierte Kante H4, die eine Kammlinie zwischen der zweiten Hauptfläche 23 und der ersten Seitenfläche 111 ist, auf.More specifically, the gas sensor element 7 has four outer walls extending in its longitudinal direction; that is, the first main surface 21 and the second main surface 23, and the first side surface 111 and the second side surface 113 in contact with the first main surface 21 and the second main surface 23. In addition, the gas sensor element 7 has the first edge H1 which is a ridge line between the first main surface 21 and the first side surface 111; the second edge H2 which is a ridge line between the first main surface 21 and the second side surface 113; the third edge H3 which is a ridge line between the second main surface 23 and the second side surface 113; and the fourth edge H4 which is a ridge line between the second main surface 23 and the first side surface 111.

Die erste Kante H1, die zweite Kante H2, die dritte Kante H3, und die vierte Kante H4 sind um 0,2 mm abgeschrägt, wodurch sie eine erste Längskantenabschrägung 121, eine zweite Längskantenabschrägung 122, eine dritte Längskantenabschrägung 123 (siehe 4) und eine vierte Längskantenabschrägung 124 (siehe 4) bereitstellen. In 2 wurde auf eine Darstellung der dritten Längskantenabschrägung 123 und der vierten Längskantenabschrägung 124 mit Bezugszeichen verzichtet, da sie nicht sichtbar sind.The first edge H1, the second edge H2, the third edge H3, and the fourth edge H4 are bevelled by 0.2 mm, thereby forming a first longitudinal edge bevel 121, a second longitudinal edge bevel 122, a third longitudinal edge bevel 123 (see 4 ) and a fourth longitudinal edge bevel 124 (see 4 ). In 2 The third longitudinal edge bevel 123 and the fourth longitudinal edge bevel 124 are not shown with reference symbols since they are not visible.

Das Gassensorelement 7 ist auch an vier Kammlinien seiner hinteren Endfläche 129 (der oberen Endfläche in 2) abgeschrägt, wodurch Abschrägungen 131 am hinteren Ende gebildet werden, während die mittlere hintere Endfläche 129 (rechtwinkelig zu der Längsrichtung) zurückbelassen ist.The gas sensor element 7 is also provided with four ridge lines of its rear end face 129 (the upper end face in 2 ) to form bevels 131 at the rear end while leaving the central rear end surface 129 (perpendicular to the longitudinal direction).

Als nächstes werden Zwischenräume 18, die zwischen dem Elementkörper 70 und der Schutzschicht 17 des Gassensorelements 7 gebildet sind, beschrieben werden.Next, gaps 18 formed between the element body 70 and the protective layer 17 of the gas sensor element 7 will be described.

4 ist eine Schnittansicht des Gassensorelements 7 entlang der Linie A-A in 2. 5 ist eine Schnittansicht des Gassensorelements 7 entlang der Linie B-B in 4. 4 is a sectional view of the gas sensor element 7 along the line AA in 2 . 5 is a sectional view of the gas sensor element 7 along the line BB in 4 .

Die Schutzschicht 17 ist aus porösem Aluminiumoxid gebildet und bedeckt wenigstens den Erfassungsabschnitt 90 des Elementkörpers 70. Die Zwischenräume 18 sind so zwischen der Schutzschicht 17 und dem Elementkörper 70 gebildet, dass sie die Schutzschicht 17 und den Elementkörper 70 trennen.The protective layer 17 is formed of porous alumina and covers at least the detection portion 90 of the element body 70. The gaps 18 are formed between the protective layer 17 and the element body 70 so as to separate the protective layer 17 and the element body 70.

Die Anzahl der Zwischenräume 18 beträgt wenigstens vier. Die Zwischenräume 18 sind so gebildet, dass sie vier Eckpunkten 74 der vorderen Endfläche 127 des Elementkörpers 70 entsprechen. Jeder Zwischenraum 18 ist so an einem einzelnen Eckpunkt 74 gebildet, dass er sich über drei Flächen des Elementkörpers 70, die den einzelnen Eckpunkt 74 definieren, erstreckt. Zum Beispiel ist der von den vier Zwischenräumen 18, die in 4 gezeigt sind, obere linke Zwischenraum 18 so an einem einzelnen Eckpunkt 74 gebildet, dass sich der Zwischenraum 18 über die erste Hauptfläche 21, die vordere Endfläche 127 und die erste Seitenfläche 111 des Elementkörpers 70 erstreckt.The number of the gaps 18 is at least four. The gaps 18 are formed to correspond to four corner points 74 of the front end surface 127 of the element body 70. Each gap 18 is formed at a single corner point 74 so as to extend over three surfaces of the element body 70 defining the single corner point 74. For example, the gap 18 of the four gaps 18 shown in 4 shown, the upper left gap 18 is formed at a single corner point 74 such that the gap 18 extends over the first main surface 21, the front end surface 127 and the first side surface 111 of the element body 70.

Da der Elementkörper 70 der vorliegenden Ausführungsform die erste Längskantenabschrägung 121, die zweite Längskantenabschrägung 122, die dritte Längskantenabschrägung 123, und die vierte Längskantenabschrägung 124 aufweist, nimmt jeder der vier Eckpunkte 74 die Form einer Kammlinie an, die durch die vordere Endfläche 127 und jede aus der ersten Längskantenabschrägung 121, der zweiten Längskantenabschrägung 122, der dritten Längskantenabschrägung 123, und der vierten Längskantenabschrägung 124 definiert ist.Since the element body 70 of the present embodiment has the first longitudinal edge bevel 121, the second longitudinal edge bevel 122, the third longitudinal edge bevel 123, and the fourth longitudinal edge bevel 124, each of the four corner points 74 takes the shape of a ridge line defined by the front end surface 127 and each of the first longitudinal edge bevel 121, the second longitudinal edge bevel 122, the third longitudinal edge bevel 123, and the fourth longitudinal edge bevel 124.

Außerdem sind die Zwischenräume 18 wie in 5 gezeigt an den Seitenflächen (der ersten Hauptfläche 21, der zweiten Hauptfläche 23, der ersten Seitenfläche 111, und der zweiten Seitenfläche 113) des Elementkörpers 70 nur in einem vorderen Bereich E1, der sich vor einer Stelle 19 befindet, bereitgestellt. Die Stelle 19 an dem Elementkörper 70 ist eine Stelle an den Seitenflächen (der ersten Hauptfläche 21, der zweiten Hauptfläche 23, der ersten Seitenfläche 111, und der zweiten Seitenfläche 113) des Elementkörpers 70, an der die Schutzschicht 17 ihre größte Dicke Dmax aufweist.In addition, the gaps 18 as in 5 shown on the side surfaces (the first main surface 21, the second main surface 23, the first side surface 111, and the second side surface 113) of the element body 70 only in a front region E1 located in front of a location 19. The location 19 on the element body 70 is a location on the side surfaces (the first main surface 21, the second main surface 23, the first side surface 111, and the second side surface 113) of the element body 70 at which the protective layer 17 has its greatest thickness Dmax.

Bei dem Gassensorelement 7 sind die Zwischenräume 18 an jenen jeweiligen Eckpunkten 74 der vorderen Endfläche 127 des Elementkörpers 70 bereitgestellt, an denen die Dicke der Schutzschicht 17 zur Abnahme neigt, wobei sie sich über drei Flächen des Elementkörpers 70, die jeden der Eckpunkte 74 definieren, erstrecken. Somit sind der Elementkörper 70 und die Schutzschicht 17 getrennt. Daher kann ein Brechen der Eckpunkte 74 des vorderen Endes des Elementkörpers 70, das sich andernfalls aus einem Temperaturschock ergeben könnte, der von einem Anhaften von Wasser herrührt, unterdrückt werden, obwohl die Dicken L1 bis L4 der Schutzschicht 17 in der Nähe der Eckpunkte 74 gering sind. Dies liegt daran, dass die Zwischenräume 18, die an den Eckpunkten 74 bereitgestellt sind, kondensiertes Wasser, das an der Schutzschicht 17 anhaftet, dazu bringt, unter Umgehung der Zwischenräume 18 in die Schutzschicht 17 einzudringen, wodurch verhindert wird, dass das kondensierte Wasser die Eckpunkte 74 erreicht.In the gas sensor element 7, the gaps 18 are provided at those respective corner points 74 of the front end surface 127 of the element body 70 where the thickness of the protective layer 17 tends to decrease, extending over three surfaces of the element body 70 defining each of the corner points 74. Thus, the element body 70 and the protective layer 17 are separated. Therefore, breakage of the corner points 74 of the front end of the element body 70, which might otherwise result from a temperature shock resulting from adhesion of water, can be suppressed, although the thicknesses L1 to L4 of the protective layer 17 near the corner points 74 are small. This is because the gaps 18 provided at the corner points 74 cause condensed water adhering to the protective layer 17 to penetrate into the protective layer 17 bypassing the gaps 18, thereby preventing the condensed water from reaching the corner points 74.

Außerdem sind die Zwischenräume 18 nur in dem vorderen Bereich E1, der sich vor der Stelle 19 an den vier Seitenflächen (der ersten Hauptfläche 21, der zweiten Hauptfläche 23, der ersten Seitenfläche 111, und der zweiten Seitenfläche 113) des Elementkörpers 70 befindet, an der die Schutzschicht 17 die größte Dicke Dmax aufweist, gebildet. Daher kann durch die Zwischenräume 18 verhindert werden, dass das kondensierte Wasser die Eckpunkte 74 erreicht. Außerdem ist es möglich, eine Verschlechterung der Haftung zwischen der Schutzschicht 17 und dem Elementkörper 70 in einem hinteren Bereich E2, der sich hinter der Stelle 19 befindet, zu unterdrücken.In addition, the gaps 18 are formed only in the front region E1 located in front of the position 19 on the four side surfaces (the first main surface 21, the second main surface 23, the first side surface 111, and the second side surface 113) of the element body 70 where the protective layer 17 has the largest thickness Dmax. Therefore, the gaps 18 can prevent the condensed water from reaching the corner points 74. In addition, it is possible to suppress deterioration of the adhesion between the protective layer 17 and the element body 70 in a rear region E2 located behind the position 19.

Zudem steht die Schutzschicht 17 mit wenigstens einem Abschnitt der vorderen Endfläche 127 in Kontakt, und steht sie mit wenigstens einem Abschnitt der vier Seitenflächen (der ersten Hauptfläche 21, der zweiten Hauptfläche 23, der ersten Seitenfläche 111, und der zweiten Seitenfläche 113) in dem vorderen Bereich E1 in Kontakt. Dadurch kann trotz des Umstands, dass die Zwischenräume 18, die gebildet sind, um den Elementkörper 70 und die Schutzschicht 17 zu trennen, in dem vorderen Bereich E1 bereitgestellt sind, eine Verschlechterung der Haftung zwischen der Schutzschicht 17 und dem Elementkörper 70 in dem vorderen Bereich E1 unterdrückt werden. Da die Schutzschicht 17 mit wenigstens einem Abschnitt der vier Seitenflächen des Elementkörpers 70 in dem vorderen Bereich E1 in Kontakt steht, ist es insbesondere möglich, eine Verschlechterung der Haftung zwischen der Schutzschicht 17 und dem Elementkörper 70 in dem vorderen Bereich E1 noch weiter zu unterdrücken.In addition, the protective layer 17 is in contact with at least a portion of the front end surface 127, and is in contact with at least a portion of the four side surfaces (the first main surface 21, the second main surface 23, the first side surface 111, and the second side surface 113) in the front region E1. Thereby, despite the fact that the gaps 18 formed to separate the element body 70 and the protective layer 17 are provided in the front region E1, deterioration of the adhesion between the protective layer 17 and the element body 70 in the front region E1 can be suppressed. In particular, since the protective layer 17 is in contact with at least a portion of the four side surfaces of the element body 70 in the front region E1, it is possible to further suppress deterioration of the adhesion between the protective layer 17 and the element body 70 in the front region E1.

Außerdem steht der Elementkörper 70 in dem vorderen Bereich E1 durch einen Abschnitt der vorderen Endfläche 127 und Abschnitte der Seitenflächen (der ersten Hauptfläche 21, der zweiten Hauptfläche 23, der ersten Seitenfläche 111, und der zweiten Seitenfläche 113) in dem vorderen Bereich E1 mit der Schutzschicht 17 in Kontakt, wobei die gesamte Flächenausdehnung des Abschnitts der vorderen Endfläche 127 und der Abschnitte der Seitenflächen die Hälfte der gesamten Flächenausdehnung der vorderen Endfläche 127 und der Seitenflächen beträgt. Da in dem vorderen Endbereich E1 eine ausreichende Kontaktfläche zwischen dem Elementkörper 70 und der Schutzschicht 17 sichergestellt werden kann, wird es noch unwahrscheinlicher, dass es zu einer Trennung der Schutzschicht 17 von dem Elementkörper 70 kommt.In addition, the element body 70 is in contact with the protective layer 17 in the front region E1 through a portion of the front end surface 127 and portions of the side surfaces (the first main surface 21, the second main surface 23, the first side surface 111, and the second side surface 113) in the front region E1, the total area of the portion of the front end surface 127 and the portions of the side surfaces being half of the total area of the front end surface 127 and the side surfaces. Since a sufficient contact area between the element body 70 and the protective layer 17 can be ensured in the front end region E1, it becomes even less likely that the protective layer 17 will separate from the element body 70.

Wie in 4 gezeigt ist die von dem entsprechenden Eckpunkt 74 in der Breitenrichtung des Elementkörpers 70 gemessene Höchstbreite W1 jedes Zwischenraums 18 kleiner als die Hälfte der Breite W2 des Elementkörpers 70. Besonders dann, wenn der Eckpunkt 74 kein Punkt, sondern eine Seite eines abgeschrägten Abschnitts ist, wird der Abstand zwischen einem Eckpunkt, der vor der Bildung des abgeschrägten Abschnitts vorhanden ist, und einem Endabschnitt des Zwischenraums 18, der der Mitte des Elementkörpers 70 in dessen Breitenrichtung am nächsten liegt, als die Höchstbreite W1 benutzt. Außerdem wird dann, wenn wie in 4 gezeigt mehrere Zwischenräume 18 bereitgestellt sind, bevorzugt, dass die Höchstbreiten W1 aller Zwischenräume 18 kleiner als die Hälfte der Breite W2 des Elementkörpers 70 sind.As in 4 shown, the maximum width W1 of each gap 18 measured from the corresponding corner point 74 in the width direction of the element body 70 is smaller than half the width W2 of the element body 70. Particularly, when the corner point 74 is not a point but a side of a tapered portion, the distance between a corner point existing before the formation of the tapered portion and an end portion of the gap 18 closest to the center of the element body 70 in the width direction thereof is used as the maximum width W1. In addition, when as in 4 shown several gaps 18 are provided, preferably that the maximum widths W1 of all gaps 18 are smaller than half the width W2 of the element body 70.

Wenn die Höchstbreite W1 jedes Zwischenraums 18 kleiner als die Hälfte der Breite W2 des Elementkörpers 70 ist, kann verhindert werden, dass der Zwischenraum 18 an der Außenfläche des vorderen Bereichs E1 des Elementkörpers 70 einen übermäßig großen Bereich einnimmt, wodurch eine ausreichend große Kontaktfläche zwischen dem Elementkörper 70 und der Schutzschicht 17 sichergestellt wird.When the maximum width W1 of each gap 18 is smaller than half the width W2 of the element body 70, the gap 18 can be prevented from occupying an excessively large area on the outer surface of the front portion E1 of the element body 70, thereby ensuring a sufficiently large contact area between the element body 70 and the protective layer 17.

Außerdem ist wie in 4 gezeigt die von dem entsprechenden Eckpunkt 74 in der Dickenrichtung des Elementkörpers 70 gemessene Höchstdicke T1 jedes Zwischenraums 18 kleiner als die Hälfte der Dicke T2 des Elementkörpers 70. Besonders dann, wenn der Eckpunkt 74 kein Punkt, sondern eine Seite eines abgeschrägten Abschnitts ist, wird der Abstand zwischen einem Eckpunkt, der vor der Bildung des abgeschrägten Abschnitts vorhanden ist, und einem Endabschnitt des Zwischenraums 18, der der Mitte des Elementkörpers 70 in dessen Dickenrichtung am nächsten liegt, als die Höchstdicke T1 benutzt. Außerdem wird dann, wenn wie in 4 gezeigt mehrere Zwischenräume 18 bereitgestellt sind, bevorzugt, dass die Höchstdicken T1 aller Zwischenräume 18 kleiner als die Hälfte der Dicke T2 des Elementkörpers 70 sind.In addition, as in 4 shown, the maximum thickness T1 of each gap 18 measured from the corresponding corner point 74 in the thickness direction of the element body 70 is smaller than half the thickness T2 of the element body 70. Particularly, when the corner point 74 is not a point but a side of a tapered portion, the distance between a corner point existing before the formation of the tapered portion and an end portion of the gap 18 closest to the center of the element body 70 in the thickness direction thereof is used as the maximum thickness T1. In addition, when as in 4 shown several gaps 18 are provided, preferably that the maximum thicknesses T1 of all gaps 18 are less than half the thickness T2 of the element body 70.

Wenn die Höchstdicke T1 jedes Zwischenraums 18 kleiner als die Hälfte der Dicke T2 des Elementkörpers 70 ist, kann verhindert werden, dass der Zwischenraum 18 an der Außenfläche des vorderen Bereichs E1 des Elementkörpers 70 einen übermäßig großen Bereich einnimmt, wodurch eine ausreichend große Kontaktfläche zwischen dem Elementkörper 70 und der Schutzschicht 17 sichergestellt wird.When the maximum thickness T1 of each gap 18 is smaller than half the thickness T2 of the element body 70, the gap 18 can be prevented from occupying an excessively large area on the outer surface of the front portion E1 of the element body 70, thereby ensuring a sufficiently large contact area between the element body 70 and the protective layer 17.

1-3. Das Verfahren zur Herstellung des Gassensors1-3. The process for manufacturing the gas sensor

Unter Bezugnahme auf 6 und 7 wird ein Verfahren zur Herstellung des Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensors 1 der vorliegenden Ausführungsform beschrieben werden.With reference to 6 and 7 A method of manufacturing the air-fuel ratio sensor 1 of the present embodiment will be described.

6 ist eine erklärende Ansicht im Hinblick auf ein Verfahren zur Herstellung eines Grünkörpers 141 der Gassensorelemente. 7 ist eine erklärende Ansicht, die das Gassensorelement in der Mitte der Herstellung zeigt. 6 is an explanatory view regarding a method of manufacturing a green body 141 of the gas sensor elements. 7 is an explanatory view showing the gas sensor element in the middle of manufacturing.

Bei der Herstellung des Gassensorelements 7 wird zuerst ein nicht zusammengepresstes Laminat angefertigt, indem verschiedene allgemein bekannte Materialien, die zur Bildung des Gassensorelements 7 verwendet werden, aneinander geschichtet bzw. laminiert werden; insbesondere unter anderem grüne Festelektrolytplatten, die zur Bildung der Festelektrolytkörper 75 und 83 des Elements 71 verwendet werden, und grüne Isolierplatten, die zur Bildung der isolierenden Substrate 97, 101, und 103 des Heizelements 73 und des Elements 71 verwendet werden. In dem nicht zusammengepressten Laminat sind unter anderem vorab gebildete grüne Elektrodenanschlussflächen, die zu den Elektrodenanschlussflächen 25, 27, 29, 31, und 33 werden sollen, vorhanden.In manufacturing the gas sensor element 7, a non-compressed laminate is first prepared by laminating various well-known materials used to form the gas sensor element 7; specifically, among others, green solid electrolyte sheets used to form the solid electrolyte bodies 75 and 83 of the element 71 and green insulating sheets used to form the insulating substrates 97, 101, and 103 of the heater element 73 and the element 71. In the non-compressed laminate, among others, pre-formed green electrode pads to become the electrode pads 25, 27, 29, 31, and 33 are present.

Unter diesen Materialien wird zum Beispiel die grüne Festelektrodenplatte auf die folgende Weise gebildet. Zuerst werden einem Keramikpulver, das hauptsächlich Zirkoniumoxid enthält, Aluminiumoxidpulver, Butyralharz usw. hinzugefügt. Dem entstandenen Gemisch wird ein Mischlösemittel (Toluol und Methylethylketon) beigemischt, wodurch eine Aufschlämmung gebildet wird. Die Aufschlämmung wird durch einen Rakelprozess zu einer Platte ausgeführt, und das Mischlösemittel wird verflüchtigt, was die grüne Festelektrolytplatte ergibt.Among these materials, for example, the green solid electrode plate is formed in the following way. First, alumina powder, butyral resin, etc. are added to a ceramic powder mainly containing zirconia. A mixed solvent (toluene and methyl ethyl ketone) is mixed into the resulting mixture to form a slurry. The slurry is made into a plate by a doctor blade process, and the mixed solvent is volatilized to form the green solid electrolytic plate.

Ferner wird die grüne Isolierplatte auf die folgende Weise gebildet. Zuerst werden einem Keramikpulver, das hauptsächlich Aluminiumoxid enthält, Butyralharz und Dibutylphthalat hinzugefügt. Dem entstandenen Gemisch wird ein Mischlösemittel (Toluol und Methylethylketon) beigemischt, wodurch eine Aufschlämmung gebildet wird. Die Aufschlämmung wird durch einen Rakelprozess zu einer Platte ausgeführt, und das Mischlösemittel wird verflüchtigt, was die grüne Isolierplatte ergibt.Further, the green insulation board is formed in the following manner. First, butyral resin and dibutyl phthalate are added to a ceramic powder mainly containing alumina. A mixed solvent (toluene and methyl ethyl ketone) is mixed into the resulting mixture to form a slurry. The slurry is made into a board by a doctor blade process, and the mixed solvent is volatilized to give the green insulation board.

Darüber hinaus werden grüne Diffusionssteuerabschnitte auf die folgende Weise gebildet. Zuerst werden 100 Masse-% Aluminiumoxidpulver und ein Plastifiziermittel nass gemischt, wodurch eine Aufschlämmung gebildet wird, in der das Aluminiumoxidpulver und das Plastifiziermittel verteilt sind. Das Plastifiziermittel enthält Butyralharz und DBP. Die Aufschlämmung wird auf Bereiche aufgebracht, in denen die Diffusionssteuerabschnitte 95 und der Lüftungsabschnitt 99 durch Brennen gebildet werden sollen, wodurch die grünen Diffusionssteuerabschnitte gebildet werden.In addition, green diffusion control portions are formed in the following manner. First, 100 mass% alumina powder and a plasticizer are wet-mixed to form a slurry in which the alumina powder and the plasticizer are dispersed. The plasticizer contains butyral resin and DBP. The slurry is applied to areas where the diffusion control portions 95 and the vent portion 99 are to be formed by firing, thereby forming the green diffusion control portions.

Dann wird das nicht zusammengepresste Laminat unter einem Druck von 1 MPa zusammengepresst, was den wie in 6 gezeigten Grünkörper 141 ergibt. Das Verfahren zur Herstellung des nicht zusammengepressten Laminats ist einem allgemein bekannten Verfahren zur Herstellung eines Gassensorelements ähnlich; daher wird auf eine ausführliche Beschreibung des Verfahrens verzichtet.Then the uncompressed laminate is compressed under a pressure of 1 MPa, which creates the 6 The method for producing the non-compressed laminate is similar to a well-known method for producing a gas sensor element; therefore, a detailed description of the method is omitted.

Der durch die Ausübung von Druck hervorgebrachte Grünkörper 141 wird in mehrere (z.B. zehn) Laminate geschnitten, wovon jedes eine bestimmte Größe aufweist, die mit jener des Elements 71 und des Heizelements 73 des Gassensorelements 7 in Wesentlichen identisch ist.The green body 141 produced by the application of pressure is cut into several (e.g., ten) laminates, each of which has a certain size substantially identical to that of the element 71 and the heating element 73 of the gas sensor element 7.

Anschließend wird das grüne Laminat entbindert und darüber hinaus einem eine Stunde langen normalen Brennen bei 1.500 °C unterzogen, was ein wie in 7 gezeigtes gebranntes Laminat 143 ergibt.The green laminate is then debound and subjected to a one-hour normal firing at 1,500 °C, which produces a 7 shown fired laminate 143.

Als nächstes wird das gebrannte Laminat 143 an seinen vier in der Längsrichtung verlaufenden Kanten (der ersten Kante H1, der zweiten Kante H2, der dritten Kante H3, und der vierten Kante H4) abgeschrägt, wodurch die erste Längskantenabschrägung 121, die zweite Längskantenabschrägung 122, die dritte Längskantenabschrägung 123, und die vierte Längskantenabschrägung 124 (siehe 2 und 4) gebildet werden. Im Besonderen werden die vier in der Längsrichtung verlaufenden Kanten (die erste Kante H1, die zweite Kante H2, die dritte Kante H3, und die vierte Kante H4) für ein wohlbekanntes Abschrägen einem Schleifstein ausgesetzt. Dies ergibt den Elementkörper 70.Next, the fired laminate 143 is beveled at its four longitudinal edges (the first edge H1, the second edge H2, the third edge H3, and the fourth edge H4), thereby forming the first longitudinal edge bevel 121, the second longitudinal edge bevel 122, the third longitudinal edge bevel 123, and the fourth longitudinal edge bevel 124 (see 2 and 4 ). Specifically, the four longitudinal edges (the first edge H1, the second edge H2, the third edge H3, and the fourth edge H4) are subjected to a grindstone for well-known beveling. This gives the element body 70.

Nachdem der Elementkörper 7 wie oben erwähnt hervorgebracht wurde, wird eine grüne Schutzschicht um einen vorderen Endabschnitt des Elementkörpers 70 gebildet. Die grüne Schutzschicht wird durch Brennen zu der Schutzschicht 17 mit den Zwischenräumen (siehe 2, 4 und 5).After the element body 7 is produced as mentioned above, a green protective layer is formed around a front end portion of the element body 70. The green protective layer is fired into the protective layer 17 with the gaps (see 2 , 4 and 5 ).

8 ist eine erklärende Ansicht, die Schritte zur Bildung einer grünen Schutzschicht 117 auf dem Elementkörper 70 und zur Hervorbringung der Schutzschicht 17 durch Vornahme einer Wärmebehandlung an der grünen Schutzschicht 117 zeigt. 8th is an explanatory view showing steps of forming a green protective layer 117 on the element body 70 and producing the protective layer 17 by performing heat treatment on the green protective layer 117.

In einem Stadium vor der Bildung der grünen Schutzschicht 117 sind an dem Elementkörper 70 kein flüchtiges Lösemittel 118 und keine grüne Schutzschicht 117 vorhanden.In a stage before the formation of the green protective layer 117, no volatile solvent 118 and no green protective layer 117 are present on the element body 70.

Zuerst wird in dem ersten Schritt das flüchtige Lösemittel 118 (z.B. Ethanol, Propylenglykol, oder Butylcarbitol) auf die vier Eckpunkte 74 der vorderen Endfläche 127 des Elementkörpers 70 aufgebracht. Dabei wird das flüchtige Lösemittel 118 auf eine solche Weise auf jeden Eckpunkt 74 aufgebracht, dass sich das flüchtige Lösemittel 118 entlang von drei Flächen des Elementkörpers 70, die den Eckpunkt 74 definieren, erstreckt. Das heißt, in dem ersten Schritt wird das flüchtige Lösemittel 118 auf Bereiche aufgebracht, die nach dem Brennen zu den Zwischenräumen 18 werden sollen.First, in the first step, the volatile solvent 118 (e.g., ethanol, propylene glycol, or butyl carbitol) is applied to the four corner points 74 of the front end surface 127 of the element body 70. At this time, the volatile solvent 118 is applied to each corner point 74 in such a manner that the volatile solvent 118 extends along three surfaces of the element body 70 defining the corner point 74. That is, in the first step, the volatile solvent 118 is applied to areas that are to become the gaps 18 after firing.

In dem nächsten Schritt wird, während das flüchtige Lösemittel 118 zurückgeblieben ist, ein vorderer Endabschnitt des Elementkörpers in eine Schutzschichtaufschlämmung in einem Aufschlämmungsbehälter eingetaucht, wodurch ein Abschnitt einer grünen Schutzschicht 117 auf eine solche Weise auf dem Elementkörper 70 gebildet wird, dass wenigstens der Erfassungsabschnitt 90 bedeckt wird.In the next step, while the volatile solvent 118 is left, a front end portion of the element body is immersed in a protective layer slurry in a slurry tank, whereby a portion of a green protective layer 117 is formed on the element body 70 in such a manner as to cover at least the detection portion 90.

In dem anschließenden dritten Schritt wird der vordere Endabschnitt des Elementkörpers 70 erneut in die Schutzschichtaufschlämmung in dem Aufschlämmungsbehälter eingetaucht, wodurch ein anderer Abschnitt der grünen Schutzschicht 117 gebildet wird. Anschließend wird das Eintauchen für eine bestimmte Anzahl von Malen durchgeführt, wodurch die Bildung der grünen Schutzschicht 117, die eine bestimmte Dicke aufweist, abgeschlossen wird.In the subsequent third step, the front end portion of the element body 70 is again immersed in the protective layer slurry in the slurry tank, thereby forming another portion of the green protective layer 117. Then, the immersion is performed for a certain number of times, thereby completing the formation of the green protective layer 117 having a certain thickness.

In dem anschließenden vierten Schritt wird die grüne Schutzschicht 117 einer Wärmebehandlung unterzogen. Im Besonderen wird der Elementkörper 70 mit der darauf gebildeten grünen Schutzschicht 117 einer drei Stunden langen Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 1.000 °C unterzogen, was das Gassensorelement 7, auf dem die Schutzschicht 17 mit den Zwischenräumen 18 gebildet ist, ergibt. Die grüne Schutzschicht 117 wird gebrannt, um dadurch zu der Schutzschicht 17 zu werden, und die Bereiche, auf die das flüchtige Lösemittel 118 aufgebracht wurde, werden zu den Zwischenräumen 18.In the subsequent fourth step, the green protective layer 117 is subjected to heat treatment. Specifically, the element body 70 with the green protective layer 117 formed thereon is subjected to heat treatment at a temperature of 1,000°C for three hours, resulting in the gas sensor element 7 on which the protective layer 17 with the gaps 18 is formed. The green protective layer 117 is fired to thereby become the protective layer 17, and the portions to which the volatile solvent 118 has been applied become the gaps 18.

Während des Zeitraums von der Aufbringung des flüchtigen Lösemittels 118 in dem ersten Schritt bis zu der Wärmebehandlung der grünen Schutzschicht 117 in dem vierten Schritt verflüchtigt sich das flüchtige Lösemittel 118 allmählich, wodurch die Zwischenräume 18 zwischen dem Elementkörper 70 und der Schutzschicht 17 gebildet werden.During the period from the application of the volatile solvent 118 in the first step to the heat treatment of the green protective layer 117 in the fourth step, the volatile solvent 118 gradually evaporates, thereby forming the gaps 18 between the element body 70 and the protective layer 17.

Das so gebildete Gassensorelement 7 wird in einem Teilmontageschritt an dem Metallgehäuse 5 montiert.The gas sensor element 7 thus formed is mounted on the metal housing 5 in a partial assembly step.

Im Besonderen wird in diesem Teilmontageschritt das Gassensorelement 7, das durch das obige Verfahren hergestellt wurde, in den Metallhalter 51 eingesetzt; darüber hinaus wird das Gassensorelement 7 durch den Keramikhalter 41 und den Talkring 43 an seiner Stelle fixiert, was einen Teilaufbau ergibt. Unter Fixieren des Teilaufbaus an dem Metallgehäuse 5 und Einsetzen eines in der Achsenrichtung hinteren Endabschnitts des Gassensorelements 7 durch den Talkring 45 und die Keramikhülse werden diese Elemente anschließend in das Metallgehäuse 5 eingesetzt.Specifically, in this partial assembly step, the gas sensor element 7 manufactured by the above method is inserted into the metal holder 51; further, the gas sensor element 7 is fixed in place by the ceramic holder 41 and the talc ring 43, which forms a partial assembly. By fixing the partial assembly to the metal case 5 and inserting a rear end in the axial direction section of the gas sensor element 7 through the talc ring 45 and the ceramic sleeve, these elements are then inserted into the metal housing 5.

Dann wird der hintere Endabschnitt 47 des Metallgehäuses 5 zu der Keramikhülse 9 gecrimpt, was einen unteren Teilaufbau ergibt. An dem unteren Teilaufbau wurde davor die Schutzeinrichtung 55 angebracht. Then, the rear end portion 47 of the metal housing 5 is crimped to the ceramic sleeve 9, resulting in a lower subassembly. The protective device 55 was previously attached to the lower subassembly.

Nun werden das Außenrohr 57, der Separator 13, die Durchführung 61 usw. zusammengesetzt, was einen oberen Teilaufbau ergibt. Dann werden der untere Teilaufbau und der obere Teilaufbau miteinander verbunden, was den Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor 1 ergibt.Next, the outer tube 57, the separator 13, the bushing 61, etc. are assembled to form an upper subassembly. Then, the lower subassembly and the upper subassembly are joined together to form the air-fuel ratio sensor 1.

1-4. Vergleichsversuch1-4. Comparison test

Um die Beständigkeit des Gassensorelements der vorliegenden Erfindung im Hinblick auf ein Anhaften von Wasser zu überprüfen, wurde ein Wasseranhaftungsversuch vorgenommen. Die Versuchsergebnisse werden nachstehend beschrieben werden.In order to check the water adhesion resistance of the gas sensor element of the present invention, a water adhesion test was conducted. The test results will be described below.

Bei diesem Versuch wurde eine bestimmte Wassermenge zum Anhaften an der Schutzschicht 17 des Gassensorelements 7 gebracht, um festzustellen, ob der Elementkörper 70 gebrochen ist, oder nicht. Ein von dem Gassensorelement 7 ausgegebenes Sensorsignal Ip wurde überwacht. Wenn die Veränderung des überwachten Sensorsignals Ip im Verhältnis zu dem Sensorsignal Ip vor dem Anhaften des Wassers gleich oder größer als 1 % war, wurde der Elementkörper 70 als gebrochen angesehen. Wenn die Veränderung des überwachten Sensorsignals Ip im Verhältnis zu dem Sensorsignal Ip vor dem Anhaften des Wassers geringer als 1 % war, wurde der Elementkörper 70 als nicht gebrochen angesehen.In this test, a certain amount of water was caused to adhere to the protective layer 17 of the gas sensor element 7 to determine whether the element body 70 was broken or not. A sensor signal Ip output from the gas sensor element 7 was monitored. If the change in the monitored sensor signal Ip relative to the sensor signal Ip before the water adhered was equal to or greater than 1%, the element body 70 was considered to be broken. If the change in the monitored sensor signal Ip relative to the sensor signal Ip before the water adhered was less than 1%, the element body 70 was considered to be not broken.

Bei diesem Versuch wurde ein Gassensorelement, das zwischen der Schutzschicht und dem Elementkörper keine Zwischenräume aufwies, als Vergleichsbeispiel angefertigt und dem Wasseranhaftungsversuch unterzogen. Der Wasseranhaftungsversuch wurde an zwei Versuchsstücken (Beispiel 1 und 2) der vorliegenden Erfindung, die sich hinsichtlich der Dicke der Schutzschicht an Ecken des vorderen Endes des Gassensorelements unterschieden, und an zwei Versuchsstücken (Vergleichsbeispiele 1 und 2), die sich hinsichtlich der Dicke der Schutzschicht an Ecken des vorderen Endes des Gassensorelements unterschieden, vorgenommen.In this test, a gas sensor element having no gaps between the protective layer and the element body was prepared as a comparative example and subjected to the water adhesion test. The water adhesion test was conducted on two test pieces (Examples 1 and 2) of the present invention which differed in the thickness of the protective layer at corners of the front end of the gas sensor element and on two test pieces (Comparative Examples 1 and 2) which differed in the thickness of the protective layer at corners of the front end of the gas sensor element.

Bei dem Versuch wurde das anhaftende Wasser in fünf Stufen vermehrt (1 µl, 2 µl, 5 µl, 7 µl, und 10 µl). Wenn ein bestimmtes Versuchsstück bei einer bestimmten anhaftenden Wassermenge ein Brechen erfuhr, wurde der Versuch an diesem Versuchsstück bei dieser Stufe der Wassermenge abgebrochen.In the experiment, the amount of water adhering to the specimen was increased in five steps (1 µl, 2 µl, 5 µl, 7 µl, and 10 µl). If a particular specimen fractured at a certain amount of water adhering to the specimen, the experiment was stopped at that level of water adhering to the specimen.

Tabelle 1 zeigt die Versuchsergebnisse. In Tabelle 1 gibt die in der Spalte „Ergebnis des Wasseranhaftungsversuchs“ auftretende Bewertung „gut“ an, dass es nicht zu einem Brechen des Elementkörpers kam, und gibt „schlecht“ an, dass es zu einem Brechen des Elementkörpers kam. Tabelle 1 Versuchsstück Zwischenraum vorhanden Ergebnis des Wasseranhaftungsversuchs Dicke der Schutzschicht (µm) 1 µl 2 µl 5 µl 7 µl 10 µl Beispiel 1 ja gut gut gut gut gut 344,4 Beispiel 2 ja gut gut gut gut gut 354,5 Vergleichsbeispiel 1 nein gut schlecht - - - 330,4 Vergleichsbeispiel 2 nein gut gut schlecht - - 351,2 Table 1 shows the test results. In Table 1, the rating “good” in the column “Result of water adhesion test” indicates that the element body did not break, and “poor” indicates that the element body did break. Table 1 Test piece Space available Result of the water adhesion test Thickness of the protective layer (µm) 1 µl 2 µl 5 µl 7 µl 10 µl example 1 Yes good good good good good 344.4 Example 2 Yes good good good good good 354.5 Comparison example 1 no good bad - - - 330.4 Comparison example 2 no good good bad - - 351.2

Gemäß den Versuchsergebnissen kam es bei den Beispielen 1 und 2 bei allen Versuchsstufen der Menge des anhaftenden Wassers (1 µm bis 10 µm) nicht zu einem Brechen des Elementkörpers. Das Vergleichsbeispiel 1 erfuhr bei einer Menge an anhaftendem Wasser von 2 µm ein Brechen des Elementkörpers, und das Vergleichsbeispiel 2 erfuhr bei einer Menge an anhaftendem Wasser von 5 µm ein Brechen des Elementkörpers.According to the test results, no breakage of the element body occurred in Examples 1 and 2 at any test level of the amount of adhering water (1 µm to 10 µm). Comparative Example 1 experienced breakage of the element body at an amount of adhering water of 2 µm, and Comparative Example 2 experienced breakage of the element body at an amount of water adhesion of 5 µm.

Somit wird es bei dem Gassensorelement 7 der vorliegenden Erfindung verglichen mit einem Gassensorelement, das keine Zwischenräume aufweist, weniger wahrscheinlich zu einem Brechen des Elementkörpers, das sich andernfalls aus einem Temperaturschock ergeben könnte, kommen und weist es daher eine hervorragende Beständigkeit im Hinblick auf das Anhaften von Wasser auf.Thus, the gas sensor element 7 of the present invention is less likely to cause breakage of the element body, which might otherwise result from a thermal shock, compared with a gas sensor element having no gaps, and therefore has excellent resistance to water adhesion.

1-5. Wirkungen1-5. Effects

Wie oben beschrieben weist das Gassensorelement 7 in dem Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor 1 der vorliegenden Ausführungsform zwischen der Schutzschicht 17 und dem Elementkörper 70 die Zwischenräume 18 auf.As described above, in the air-fuel ratio sensor 1 of the present embodiment, the gas sensor element 7 has the gaps 18 between the protective layer 17 and the element body 70.

Das Gassensorelement 7 weist wenigstens vier Zwischenräume 18 auf, die zu vier Eckpunkten 74 des vorderen Endes des Elementkörpers 70 korrespondieren. Jeder Zwischenraum 18 ist so an dem entsprechenden Eckpunkt 74 bereitgestellt, dass sich der Zwischenraum 18 über drei Flächen des Elementkörpers 70, die den Eckpunkt 74 definieren, erstreckt. Außerdem sind die Zwischenräume 18 nur in dem vorderen Bereich E1 gebildet, der sich vor der Stelle 19 (an der die Schutzschicht 17 die größte Dicke Dmax aufweist) an den Seitenflächen (der ersten Hauptfläche 21, der zweiten Hauptfläche 23, der ersten Seitenfläche 111, und der zweiten Seitenfläche 113) des Elementkörpers 70 befindet.The gas sensor element 7 has at least four gaps 18 corresponding to four corner points 74 of the front end of the element body 70. Each gap 18 is provided at the corresponding corner point 74 so that the gap 18 extends over three surfaces of the element body 70 defining the corner point 74. In addition, the gaps 18 are formed only in the front region E1 located in front of the position 19 (where the protective layer 17 has the largest thickness Dmax) on the side surfaces (the first main surface 21, the second main surface 23, the first side surface 111, and the second side surface 113) of the element body 70.

In dem Gassensorelement 7 sind die Zwischenräume 18 zum Trennen des Elementkörpers 70 und der Schutzschicht 17 so an den Eckpunkten 74 des vorderen Endes des Elementkörpers 70, an denen die Dicke der Schutzschicht 17 wahrscheinlich gering werden wird, gebildet, dass sich jeder Zwischenraum 18 über drei Flächen des Elementkörpers 70, die den entsprechenden Eckpunkt 74 definieren, erstreckt. Daher kann trotz des Umstands, dass die Dicken L1 bis L4 der Schutzschicht 17 in der Nähe der Eckpunkte 74 gering sind, ein Brechen der Eckpunkte des vorderen Endes des Elementkörpers, das sich andernfalls aus einem Temperaturschock ergeben könnte, der von einem Anhaften von Wasser herrührt, unterdrückt werden.In the gas sensor element 7, the gaps 18 for separating the element body 70 and the protective layer 17 are formed at the corner points 74 of the front end of the element body 70 where the thickness of the protective layer 17 is likely to become small, such that each gap 18 extends over three surfaces of the element body 70 defining the corresponding corner point 74. Therefore, despite the fact that the thicknesses L1 to L4 of the protective layer 17 are small in the vicinity of the corner points 74, breakage of the corner points of the front end of the element body, which might otherwise result from a temperature shock resulting from adhesion of water, can be suppressed.

Das heißt, verglichen mit einer herkömmlichen Schutzschicht, die durch einen Eintauchprozess gebildet wird, kann die Dicke, und dadurch die Wärmekapazität, der Schutzschicht 17 des Gassensorelements 7 verringert werden.That is, compared with a conventional protective layer formed by an immersion process, the thickness, and thereby the heat capacity, of the protective layer 17 of the gas sensor element 7 can be reduced.

Außerdem sind die Zwischenräume 18 nur in dem vorderen Bereich E1, der sich vor der Stelle 19 an den Seitenflächen des Elementkörpers 70 befindet, an der die Schutzschicht 17 die größte Dicke Dmax aufweist, gebildet. Dank dieses Merkmals ist es möglich, zu verhindern, dass kondensiertes Wasser die Eckpunkte 74 durch die Zwischenräume 18 erreicht, und ist es auch möglich, eine Verschlechterung der Haftung zwischen der Schutzschicht 17 und dem Elementkörper 70 in dem hinteren Bereich E2, der sich hinter der Stelle 19 befindet, zu unterdrücken.In addition, the gaps 18 are formed only in the front region E1 located in front of the position 19 on the side surfaces of the element body 70 where the protective layer 17 has the largest thickness Dmax. Thanks to this feature, it is possible to prevent condensed water from reaching the corner points 74 through the gaps 18, and it is also possible to suppress deterioration of the adhesion between the protective layer 17 and the element body 70 in the rear region E2 located behind the position 19.

Zudem steht die Schutzschicht 17 mit wenigstens einem Abschnitt der vorderen Endfläche 127 des Elementkörpers 70 in Kontakt, und steht sie mit wenigstens einem Abschnitt der vier Seitenflächen (der ersten Hauptfläche 21, der zweiten Hauptfläche 23, der ersten Seitenfläche 111, und der zweiten Seitenfläche 113) in dem vorderen Bereich E1 in Kontakt. Somit kann trotz des Umstands, dass die Zwischenräume 18, die auf eine solche Weise gebildet sind, dass sie den Elementkörper 70 und die Schutzschicht 17 trennen, in dem vorderen Bereich E1 bereitgestellt sind, selbst in dem vorderen Bereich E1 eine Verschlechterung der Haftung zwischen der Schutzschicht 17 und dem Elementkörper 70 unterdrückt werden.In addition, the protective layer 17 is in contact with at least a portion of the front end surface 127 of the element body 70, and is in contact with at least a portion of the four side surfaces (the first main surface 21, the second main surface 23, the first side surface 111, and the second side surface 113) in the front region E1. Thus, even though the gaps 18 formed in such a manner as to separate the element body 70 and the protective layer 17 are provided in the front region E1, deterioration of the adhesion between the protective layer 17 and the element body 70 can be suppressed even in the front region E1.

1-6. Entsprechung zwischen den Ansprüchen und der vorliegenden Ausführungsform1-6. Correspondence between the claims and the present embodiment

Nachstehend wird die Entsprechung in der Formulierung zwischen den Ansprüchen und der vorliegenden Ausführungsform beschrieben werden.Hereinafter, the correspondence in wording between the claims and the present embodiment will be described.

Die erste Hauptfläche 21, die zweite Hauptfläche 23, die erste Seitenfläche 111, und die zweite Seitenfläche 113 entsprechen den Seitenflächen des Hauptkörpers. Der Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor 1 entspricht dem Gassensor.The first main surface 21, the second main surface 23, the first side surface 111, and the second side surface 113 correspond to the side surfaces of the main body. The air-fuel ratio sensor 1 corresponds to the gas sensor.

Der erste Schritt entspricht dem Lösemittelanordnungsschritt; der zweite und der dritte Schritt entsprechen dem Schutzschichtbildungsschritt; und der vierte Schritt entspricht dem Wärmebehandlungsschritt.The first step corresponds to the solvent arrangement step; the second and third steps correspond to the protective layer formation step; and the fourth step corresponds to the heat treatment step.

2. Andere Ausführungsform2. Other embodiment

Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die obige Ausführungsform beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern kann sie in verschiedenen anderen Formen ausgeführt werden, ohne von dem Kern der Erfindung abzuweichen.Although the present invention has been described with reference to the above embodiment, the present invention is not limited thereto, but may be embodied in various other forms without departing from the gist of the invention.

Zum Beispiel ist der Elementkörper des Gassensorelements nicht auf einen solchen beschränkt, bei dem die erste Kante H1, die zweite Kante H2, die dritte Kante H3, und die vierte Kante H4 abgeschrägt sind. Der Elementkörper kann so gestaltet sein, dass keine aus der ersten Kante H1, der zweiten Kante H2, der dritten Kante H3, und der vierten Kante H4 abgeschrägt ist.For example, the element body of the gas sensor element is not limited to one in which the first edge H1, the second edge H2, the third edge H3, and the fourth edge H4 are chamfered. The element body may be designed such that none of the first edge H1, the second edge H2, the third edge H3, and the fourth edge H4 is chamfered.

9 ist eine Schnittansicht, die ein zweites Gassensorelement 207 mit einem nicht abgeschrägten zweiten Elementkörper 270 entlang der vorderen Endfläche 127 des zweiten Elementkörpers 270 zeigt. Bei dem so gestalteten zweiten Gassensorelement 207 nimmt jeder der Eckpunkte 74 anstelle einer Kammlinie vielmehr die Form eines einzelnen Punkts ein. Daher sind die Höchstbreite W1 und die Höchstdicke T1 jedes Zwischenraums 18 wie in 9 gezeigt bestimmt. 9 is a sectional view showing a second gas sensor element 207 having a non-beveled second element body 270 along the front end surface 127 of the second element body 270. In the second gas sensor element 207 thus designed, each of the corner points 74 takes the form of a single point rather than a ridge line. Therefore, the maximum width W1 and the maximum thickness T1 of each gap 18 are as shown in 9 shown determined.

Die Zwischenräume sind nicht notwendigerweise wie in dem Fall der ersten Ausführungsform an allen vier Eckpunkten der vorderen Endfläche des Elementkörpers bereitgestellt. Zum Beispiel können die Zwischenräume an drei oder weniger der vier Eckpunkte bereitgestellt sein. Bei bestimmten Verwendungen des Gassensorelements kann die Bereitstellung eines einzelnen Zwischenraums fähig sein, einen Temperaturschock, der von einen Anhaften von Wasser herrührt, zu unterdrücken. In einem solchen Fall kann die Bereitstellung eines einzelnen Zwischenraums eingesetzt werden. Im Fall der Bereitstellung von zwei oder mehr Zwischenräumen an den entsprechenden Eckpunkten können die Zwischenräume jeweils an wenigstens zwei diagonal befindlichen Eckpunkten bereitgestellt werden.The gaps are not necessarily provided at all four corner points of the front end face of the element body as in the case of the first embodiment. For example, the gaps may be provided at three or less of the four corner points. In certain uses of the gas sensor element, the provision of a single gap may be able to suppress a temperature shock resulting from adhesion of water. In such a case, the provision of a single gap may be employed. In the case of providing two or more gaps at the respective corner points, the gaps may be provided at at least two diagonally located corner points, respectively.

Ein einzelner Zwischenraum ist nicht notwendigerweise an nur einem einzelnen Eckpunkt bereitgestellt, sondern kann so bereitgestellt sein, dass er sich zwischen zwei Eckpunkten und über diese erstreckt.A single gap is not necessarily provided at only a single vertex, but may be provided to extend between and across two vertices.

Im Fall der Bereitstellung einer großen Anzahl von Zwischenräumen oder der Bereitstellung von großen Zwischenräumen wird vorzugsweise eine ausreichende Kontaktfläche zwischen der Schutzschicht und dem Elementkörper bereitgestellt. Zum Beispiel kann durch Anwenden eines Kontakts zwischen der Schutzschicht und dem Elementkörper an wenigstens der Hälfte der Flächenausdehnung der vorderen Endfläche und der Seitenflächen in dem vorderen Bereich E1 des Elementkörpers ein Gassensorelement ausgeführt werden, bei dem es unwahrscheinlich ist, dass es zu einer Trennung der Schutzschicht von dem Elementkörper kommt.In the case of providing a large number of gaps or providing large gaps, it is preferable to provide a sufficient contact area between the protective layer and the element body. For example, by applying contact between the protective layer and the element body to at least half of the area of the front end surface and the side surfaces in the front region E1 of the element body, a gas sensor element in which separation of the protective layer from the element body is unlikely to occur can be realized.

Beschreibung der BezugszeichenDescription of reference symbols

1: Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor; 5: Metallgehäuse; 7: Gassensorelement; 9: Keramikhülse; 11: Einsetzöffnung; 17: Schutzschicht; 18: Zwischenraum; 19: Stelle; 21: erste Hauptfläche; 23: zweite Hauptfläche; 70: Elementkörper; 74: Eckpunkt; 81: Sauerstoffkonzentrationszelle; 89: Sauerstoffpumpenzelle; 90: Erfassungsabschnitt; 91: Gasmesskammer; 94: Gaseinlass; 95: Diffusionssteuerabschnitte; 105: wärmeerzeugendes Widerstandsmuster; 111: erste Seitenfläche; 113: zweite Seitenfläche; 117: grüne Schutzschicht; 118: flüchtiges Lösemittel; 127: vordere Endfläche; 143: gebranntes Laminat; 207: zweites Gassensorelement; 270: zweiter Elementkörper1: air-fuel ratio sensor; 5: metal case; 7: gas sensor element; 9: ceramic sleeve; 11: insertion hole; 17: protective layer; 18: gap; 19: location; 21: first main surface; 23: second main surface; 70: element body; 74: corner point; 81: oxygen concentration cell; 89: oxygen pump cell; 90: detection section; 91: gas measuring chamber; 94: gas inlet; 95: diffusion control sections; 105: heat generating resistance pattern; 111: first side surface; 113: second side surface; 117: green protective layer; 118: volatile solvent; 127: front end surface; 143: fired laminate; 207: second gas sensor element; 270: second element body

Claims (10)

Gassensorelement (7, 207), aufweisend: einen im Wesentlichen rechteckigen Parallelepipedelementkörper (70, 270), der sich in einer Längsrichtung erstreckt und in oder an seinem vorderen Endbereich einen Erfassungsabschnitt (90) zur Erfassung eines bestimmten Gases, das in einem zu messenden Gas enthalten ist, aufweist; und eine poröse Schutzschicht (17), die auf eine solche Weise an einer vorderen Endfläche (127) und Seitenflächen (21, 23, 111, 113) des Elementkörpers (70, 270) bereitgestellt ist, dass sie wenigstens den Erfassungsabschnitt (90) bedeckt, wobei das Gassensorelement (7, 207) wenigstens einen Zwischenraum (18) aufweist, der gebildet ist, um den Elementkörper (70, 270) und die Schutzschicht (17) zu trennen, wobei der Zwischenraum (18) nur in einem vorderen Bereich (E1), der sich vor einer Stelle (19) an den Seitenflächen des Elementkörpers (70, 270) befindet, an der die Schutzschicht (17) ihre größte Dicke aufweist, bereitgestellt ist; wobei der Zwischenraum (18) so an wenigstens einem Eckpunkt von vier Eckpunkten (74) eines vorderen Endes des Elementkörpers (70, 270) gebildet ist, dass sich der Zwischenraum über drei Flächen des Elementkörpers (70, 270), die den Eckpunkt definieren, erstreckt; und wobei die Schutzschicht (17) mit wenigstens einem Abschnitt der vorderen Endfläche (127) in Kontakt steht, und mit wenigstens einem Abschnitt der vier Seitenflächen (21, 23, 111, 113) in dem vorderen Bereich in Kontakt steht.A gas sensor element (7, 207) comprising: a substantially rectangular parallelepiped element body (70, 270) extending in a longitudinal direction and having in or at its front end portion a detection portion (90) for detecting a specific gas contained in a gas to be measured; and a porous protective layer (17) provided on a front end surface (127) and side surfaces (21, 23, 111, 113) of the element body (70, 270) in such a manner as to cover at least the detection portion (90), wherein the gas sensor element (7, 207) has at least one gap (18) formed to separate the element body (70, 270) and the protective layer (17), the gap (18) being provided only in a front region (E1) located in front of a location (19) on the side surfaces of the element body (70, 270) where the protective layer (17) has its greatest thickness; wherein the gap (18) is formed at at least one corner point of four corner points (74) of a front end of the element body (70, 270) such that the gap extends over three surfaces of the element body (70, 270) defining the corner point; and wherein the protective layer (17) is in contact with at least a portion of the front end surface (127) and is in contact with at least a portion of the four side surfaces (21, 23, 111, 113) in the front region. Gassensorelement nach Anspruch 1, wobei die Schutzschicht (17) mit wenigstens einem Abschnitt einer jeden der vier Seitenflächen (21, 23, 111, 113) in dem vorderen Bereich in Kontakt steht.Gas sensor element according to Claim 1 wherein the protective layer (17) is in contact with at least a portion of each of the four side surfaces (21, 23, 111, 113) in the front region. Gassensorelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Elementkörper (70) über einen Abschnitt der vorderen Endfläche (127) und Abschnitte der Seitenflächen (21, 23, 111, 113) in dem vorderen Bereich mit der Schutzschicht (17) in Kontakt steht, wobei die gesamte Flächenausdehnung des Abschnitts der vorderen Endfläche (127) und der Abschnitte der Seitenflächen (21, 23, 111, 113) die Hälfte der gesamten Flächenausdehnung der vorderen Endfläche (127) und der Seitenflächen (21, 23, 111, 113) beträgt.Gas sensor element according to Claim 1 or 2 , wherein the element body (70) is in contact with the protective layer (17) via a portion of the front end surface (127) and portions of the side surfaces (21, 23, 111, 113) in the front region, wherein the total surface area of the portion of the front end surface (127) and the portions of the side surfaces (21, 23, 111, 113) is half the total surface area of the front end surface (127) and the side surfaces (21, 23, 111, 113). Gassensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Zwischenraum (18) an nur einem Eckpunkt bereitgestellt ist.Gas sensor element according to one of the Claims 1 until 3 , wherein a gap (18) is provided at only one corner point. Gassensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei mehrere Zwischenräume (18) bereitgestellt sind.Gas sensor element according to one of the Claims 1 until 3 , wherein a plurality of intermediate spaces (18) are provided. Gassensorelement nach Anspruch 5, wobei der Zwischenraum (18) an jedem von wenigstens zwei diagonal angeordneten Eckpunkten der vier Eckpunkte (74) des vorderen Endes des Elementkörpers (70, 270) bereitgestellt ist.Gas sensor element according to Claim 5 wherein the gap (18) is provided at each of at least two diagonally arranged corner points of the four corner points (74) of the front end of the element body (70, 270). Gassensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine von dem Eckpunkt in einer Breitenrichtung des Elementkörpers (70, 270) gemessene Höchstbreite (W1) des Zwischenraums (18) kleiner als die Hälfte einer Breite (W2) des Elementkörpers (70, 270) ist.Gas sensor element according to one of the Claims 1 until 6 , wherein a maximum width (W1) of the gap (18) measured from the corner point in a width direction of the element body (70, 270) is smaller than half a width (W2) of the element body (70, 270). Gassensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine von dem Eckpunkt in einer Dickenrichtung des Elementkörpers (70, 270) gemessene Höchstdicke (T1) des Zwischenraums (18) kleiner als die Hälfte einer Dicke (T2) des Elementkörpers (70, 270) ist.Gas sensor element according to one of the Claims 1 until 7 , wherein a maximum thickness (T1) of the gap (18) measured from the corner point in a thickness direction of the element body (70, 270) is less than half a thickness (T2) of the element body (70, 270). Gassensor (1), aufweisend ein Gassensorelement (7, 207), das dazu angepasst ist, ein bestimmtes Gas, das in einem zu messenden Gas enthalten ist, zu messen, nach einem der Ansprüche 1 bis 8.Gas sensor (1) comprising a gas sensor element (7, 207) adapted to measure a specific gas contained in a gas to be measured, according to one of the Claims 1 until 8th . Verfahren zur Herstellung eines Gassensorelements (7, 207), aufweisend einen im Wesentlichen rechteckigen Parallelepipedelementkörper (70, 270), der sich in einer Längsrichtung erstreckt und in seinem vorderen Endbereich einen Erfassungsabschnitt (90) zur Erfassung eines bestimmten Gases, das in einem zu messenden Gas enthalten ist, und eine poröse Schutzschicht (17) aufweist, die auf eine solche Weise an einer vorderen Endfläche (127) und Seitenflächen (21, 23, 111, 113) des Elementkörpers (70, 270) bereitgestellt ist, dass sie wenigstens den Erfassungsabschnitt bedeckt, wobei das Gassensorelement (7, 207) wenigstens einen Zwischenraum (18) aufweist, der gebildet ist, um den Elementkörper (70, 270) und die Schutzschicht (17) zu trennen, wobei der Zwischenraum (18) nur in einem vorderen Bereich (E1), der sich vor einer Stelle (19) an den Seitenflächen des Elementkörpers (70, 270) befindet, an der die Schutzschicht (17) ihre größte Dicke aufweist, bereitgestellt ist; wobei der Zwischenraum (18) so an wenigstens einem Eckpunkt von vier Eckpunkten (74) eines vorderen Endes des Elementkörpers (70, 270) bereitgestellt ist, dass sich der Zwischenraum (18) über drei Flächen des Elementkörpers (70, 270), die den Eckpunkt definieren, erstreckt; und wobei die Schutzschicht (17) mit wenigstens einem Abschnitt der vorderen Endfläche (127) in Kontakt steht, und mit wenigstens einem Abschnitt der vier Seitenflächen (21, 23, 111, 113) in dem vorderen Bereich in Kontakt steht, wobei das Verfahren umfasst: einen Lösemittelanordnungsschritt (ersten Schritt), um an einer Außenfläche des Elementkörpers (70, 270) in einem Bereich, in dem der Zwischenraum (18) gebildet werden soll, ein flüchtiges Lösemittel anzuordnen, einen Schutzschichtbildungsschritt (zweiter und dritter Schritt), um an dem Elementkörper (70, 270), an dem das flüchtige Lösemittel zurückgeblieben ist, eine grüne Schutzschicht, die durch eine Wärmebehandlung zu der Schutzschicht (17) werden soll, auf eine solche Weise zu bilden, dass sie wenigstens den Erfassungsabschnitt (90) bedeckt, und einen Wärmebehandlungsschritt (vierten Schritt), um an dem Elementkörper (70, 270), an dem die grüne Schutzschicht gebildet ist, eine Wärmebehandlung vorzunehmen, wodurch die Schutzschicht (17) gebildet wird, wobei das flüchtige Lösemittel während eines Zeitraums von dem Beginn des Lösemittelanordnungsschritts bis zu dem Ende des Wärmebehandlungsschritts verflüchtigt wird, wodurch der Zwischenraum (18) gebildet wird.A method of manufacturing a gas sensor element (7, 207) comprising a substantially rectangular parallelepiped element body (70, 270) extending in a longitudinal direction and having in its front end region a detection portion (90) for detecting a specific gas contained in a gas to be measured, and a porous protective layer (17) provided on a front end surface (127) and side surfaces (21, 23, 111, 113) of the element body (70, 270) in such a manner as to cover at least the detection portion, the gas sensor element (7, 207) having at least one gap (18) formed to separate the element body (70, 270) and the protective layer (17), the gap (18) being formed only in a front region (E1) located in front of a location (19) on the side surfaces of the element body (70, 270) at which the protective layer (17) has its greatest thickness; wherein the gap (18) is provided at at least one corner point of four corner points (74) of a front end of the element body (70, 270) such that the gap (18) extends over three surfaces of the element body (70, 270) defining the corner point; and wherein the protective layer (17) is in contact with at least a portion of the front end surface (127), and is in contact with at least a portion of the four side surfaces (21, 23, 111, 113) in the front region, the method comprising: a solvent disposing step (first step) of disposing a volatile solvent on an outer surface of the element body (70, 270) in a region where the gap (18) is to be formed, a protective layer forming step (second and third steps) of forming on the element body (70, 270) where the volatile solvent has remained, a green protective layer to become the protective layer (17) by a heat treatment in such a manner as to cover at least the detection portion (90), and a heat treatment step (fourth step) of heat treating the element body (70, 270) on which the green protective layer is formed, thereby forming the protective layer (17), wherein the volatile solvent is volatilized during a period from the start of the solvent arranging step to the end of the heat treatment step, thereby forming the gap (18).
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9541533B2 (en) 2013-02-08 2017-01-10 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Gas sensor
US10876994B2 (en) 2015-03-27 2020-12-29 Ngk Insulators, Ltd. Sensor element and gas sensor
US10866206B2 (en) 2015-03-27 2020-12-15 Ngk Insulators, Ltd. Sensor element and gas sensor
KR101776734B1 (en) * 2016-04-18 2017-09-08 현대자동차 주식회사 Particulate matter sensor unit
JP6693486B2 (en) * 2017-08-22 2020-05-13 株式会社デンソー Gas sensor element and gas sensor
WO2019155866A1 (en) 2018-02-06 2019-08-15 日本碍子株式会社 Gas sensor
DE112019000037T5 (en) 2018-02-06 2020-01-02 Ngk Insulators, Ltd. gas sensor
DE112019000038T5 (en) * 2018-02-06 2020-01-02 Ngk Insulators, Ltd. SENSOR ELEMENT AND GAS SENSOR
JP7184561B2 (en) 2018-08-03 2022-12-06 日本碍子株式会社 sensor element
JP7082922B2 (en) * 2018-08-03 2022-06-09 日本碍子株式会社 Sensor element
JP7082921B2 (en) 2018-08-03 2022-06-09 日本碍子株式会社 Sensor element
JP2023148572A (en) 2022-03-30 2023-10-13 日本碍子株式会社 Sensor element and gas sensor

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003322632A (en) 2002-02-28 2003-11-14 Ngk Spark Plug Co Ltd Ceramic heater, lamination type gas sensor element and manufacturing method therefor, and gas sensor having the lamination type gas sensor element
JP2012168030A (en) 2011-02-15 2012-09-06 Nippon Soken Inc Gas sensor element and gas sensor
US20120297861A1 (en) 2011-05-27 2012-11-29 Denso Corporation Gas sensor element and its manufacturing method, and gas sensor employing the gas sensor element

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2514581B2 (en) * 1993-07-29 1996-07-10 株式会社フジクラ Method for manufacturing ceramic oxygen sensor
GB2387230B (en) 2002-02-28 2005-12-21 Ngk Spark Plug Co Prismatic ceramic heater for heating gas sensor element, prismatic gas sensor element in multi-layered structure including the prismatic ceramic heater,
US7241370B2 (en) * 2002-08-20 2007-07-10 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Protective covers for gas sensor, gas sensor and gas sensor manufacturing method
JP4758117B2 (en) * 2005-03-08 2011-08-24 京セラ株式会社 Gas sensor element and manufacturing method thereof
JP4706491B2 (en) * 2006-01-30 2011-06-22 株式会社デンソー Gas sensor

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003322632A (en) 2002-02-28 2003-11-14 Ngk Spark Plug Co Ltd Ceramic heater, lamination type gas sensor element and manufacturing method therefor, and gas sensor having the lamination type gas sensor element
JP2012168030A (en) 2011-02-15 2012-09-06 Nippon Soken Inc Gas sensor element and gas sensor
US20120297861A1 (en) 2011-05-27 2012-11-29 Denso Corporation Gas sensor element and its manufacturing method, and gas sensor employing the gas sensor element

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